KR102430267B1 - Process for producing graphene-based transparent conductive electrode and product using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 특히 그래핀(Graphene) 기반 투명 전도성 전극(TCE: Transparent Conductive Electrode)의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 변형된 또는 비변형된 기판 상에 그래핀을 코팅함으로써 상기 그래핀 기반 TCE를 제조하기 위한 간단하고 환경 친화적인 프로세스를 제공한다. 상기 전극은 전도성 필름의 불균일성이 감소되고, 투명성이 가시적이고 시트 저항이 낮거나 감소된 큰 면적 금속 네트워크를 제공한다. 본 발명은 또한 그래핀 기반 TCE에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of electrodes. The present invention particularly relates to the manufacture of a graphene-based transparent conductive electrode (TCE: Transparent Conductive Electrode). The present invention provides a simple and environmentally friendly process for manufacturing the graphene-based TCE by coating graphene on a modified or unstrained substrate. The electrode provides a large area metal network with reduced non-uniformity of the conductive film, visible transparency and low or reduced sheet resistance. The present invention also relates to graphene-based TCE.
Description
본 발명은 전극의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 특히 그래핀(Graphene) 기반 투명 전도성 전극(TCE: Transparent Conductive Electrode)의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 변형된 또는 비변형된 기판 상에 그래핀을 코팅함으로써 상기 그래핀 기반 TCE를 제조하는 프로세스를 제공한다. 상기 그래핀 기반 TCE는 전도성 필름의 불균일성을 감소시키고, 가시적인 투명성을 제공하며 낮거나 저감된 시트 저항을 나타낸다. 본 발명은 또한 그래핀 기반 TCE에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of electrodes. The present invention particularly relates to the manufacture of a graphene-based transparent conductive electrode (TCE: Transparent Conductive Electrode). The present invention provides a process for manufacturing the graphene-based TCE by coating graphene on a strained or unstrained substrate. The graphene-based TCE reduces the non-uniformity of the conductive film, provides visible transparency and exhibits low or reduced sheet resistance. The present invention also relates to graphene-based TCE.
투명 전도성 전극(Transparent Conductive Electrode)은 디스플레이 장치, 터치 스크린 태양 전지 등에 사용된다. 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide)는 투명성과 전도성 모두를 달성하기 위해 일반적으로 사용되는 물질로서, 투명 전도성 전극을 얻기 위해 유리와 같은 투명 기판에 코팅으로서 도포된다.Transparent conductive electrodes are used in display devices, touch screen solar cells, and the like. Indium Tin Oxide (ITO) is a material commonly used to achieve both transparency and conductivity, and is applied as a coating to a transparent substrate such as glass to obtain a transparent conductive electrode.
ITO 기반 투명 전극의 상업적 사용에도 불구하고, 가요성 전자 장치에서의 적용은 ITO의 취성(Brittle Nature)으로 인해 여전히 도전 과제로 남아있다. 또한, 인듐 자원이 제한되어 있어 ITO 기반 투명 전극의 비용이 기하 급수적으로 상승하고 있다.Despite the commercial use of ITO-based transparent electrodes, their application in flexible electronic devices still remains a challenge due to the brittle nature of ITO. In addition, due to limited indium resources, the cost of ITO-based transparent electrodes is increasing exponentially.
은 나노와이어 및 탄소 나노튜브를 투명 기판 상에 놓거나 코팅함으로써 투명 전극을 제조하기 위해 상기 은 나노와이어 및 탄소 나노튜브와 같은 ITO에 대한 대안을 찾으려고 노력하고 있다. 그러나, 상기 대안적인 방법론은 널리 나노와이어 밀도 및 나노와이어 사이의 상호접속 접촉 저항에 따른 필름의 전도도 변동과 같은 자체의 한계를 갖는다. 더욱이, 기판 상에 나노와이어의 임의의 배열 또한 갭 영역들 사이에 비전도성 섬(Islands)을 남기고, 이는 광기전 등과 같은 광전자공학 영역에서의 적용을 제한한다.There is an effort to find alternatives to ITO, such as silver nanowires and carbon nanotubes, to fabricate transparent electrodes by laying or coating silver nanowires and carbon nanotubes on a transparent substrate. However, these alternative methodologies have their own limitations, such as the variation in the conductivity of the film with widely nanowire density and interconnection contact resistance between nanowires. Moreover, any arrangement of nanowires on the substrate also leaves non-conductive islands between the gap regions, which limits their applications in optoelectronic fields such as photovoltaics.
투명 전도성 전극의 제조 프로세스에서 전술한 한계에 비추어, 그러한 한계가 없는 우수한 프로세스를 개발하는 것을 목적으로 한다.In view of the above-mentioned limitations in the manufacturing process of transparent conductive electrodes, it is an object to develop an excellent process without such limitations.
따라서, 본 발명은 그래핀(Graphene) 기반 투명 전도성 전극(TCE : Transparent Conductive Electrode)의 제조 프로세스에 관한 것으로서, 상기 프로세스는,Therefore, the present invention relates to a manufacturing process of a graphene-based transparent conductive electrode (TCE: Transparent Conductive Electrode), the process comprising:
변형된 기판 또는 비변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기(Feeder)를 가열하는 단계;heating the deformed or unstrained substrate and at least one feeder;
시드락(Seedlac) 증기를 변형된 기판 또는 비변형된 기판과 접촉시키는 단계;contacting the Seedlac vapor with a modified or unstrained substrate;
상기 변형된 기판을 냉각시켜 상기 변형된 기판 상에 그래핀의 코팅을 얻어 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계; 또는cooling the deformed substrate to obtain a coating of graphene on the deformed substrate to produce a graphene-based TCE; or
상기 비변형된 기판을 냉각시켜 상기 비변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 획득한 후, 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판을 금속 전구체(Metal Precursor)로 코팅하고, 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판을 세척하여 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계를 포함한다.After cooling the unstrained substrate to obtain a graphene coating on the unstrained substrate, the graphene-coated unstrained substrate is coated with a metal precursor (Metal Precursor), and the graphene-coated unstrained substrate It includes the step of generating a graphene-based TCE by washing the substrate.
다른 실시예에서, 본 발명은 그래핀 기반 TCE에 관한 것이다.In another embodiment, the present invention relates to a graphene-based TCE.
본 발명은 투명 전도성 전극을 제조하기 위해 공지된 프로세스의 한계/단점을 극복하는 효과가 있다.The present invention has the effect of overcoming the limitations/disadvantages of a known process for manufacturing a transparent conductive electrode.
본 발명이 쉽게 이해되고 실질적인 효과를 발휘하기 위해, 이하 첨부 도면을 참조하여 예시된 바와 같은 예시적인 실시예가 참조될 것이다. 이하의 상세한 설명과 함께, 도면은 본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명에 따라 실시예를 더 설명하고 다양한 원리 및 장점을 설명하는 역할을 한다. 여기서,
도 1은 변형된 기판으로부터 그래핀 기반 TCE(Transparent Conductive Electrode)의 제조를 위한 실험 단계를 도시한다.
도 2는 그래핀을 포함하는 하이브리드 TCE의 상이한 배율을 갖는 현미경 광학 및 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope) 이미지를 도시하고, 여기서 (a)의 삽입부는 투명 물질 (변형된 기판)의 금속 메쉬 상에 놓여진 그래핀 필름의 디지털 이미지를 도시하고; (a) 내지 (c)는 상이한 배율(100 μm, 50 μm 및 25 μm)을 갖는 광학 현미경 이미지를 도시하고, (d) 내지 (f)는 변형된 기판의 금속 메쉬 상에 놓인 그래핀 필름의 SEM 이미지를 도시한다. 관찰된 충전은 전하 캐리어(Charge Carrier)를 수집하기 위해 금속 와이어 사이에 새로운 채널을 제공하는 그래핀의 존재로 인해 금속 네트워크만을 갖는 기판 상에 전도 영역이 없고 하이브리드 그래핀 금속 네트워크에서의 충전이 없기 때문에 금속 네트워크의 공극(Void)에 있다.
도 3은 그래핀 기반 TCE의 그래핀의 라만(Raman) 스펙트럼 및 그래핀 기반 TCE의 그래핀의 투과 스펙트럼을 나타내며, 여기서 (a)는 투명 물질(변형된 기판)의 금속 메쉬 상의 및 투명 물질(변형 기판)의 금속 메쉬에서 벗어난 그래핀 필름의 라만 스펙트럼을 도시한다. (a)의 삽입부는 라만 스펙트럼이 기록된 광학 현미경 이미지를 도시하고, (b)는 그래핀 기반 TCE의 그래핀과 석영과 같은 투명 물질의 투과 스펙트럼의 비교를 도시한다.
도 4는 그래핀이 없는 금속 와이어 메쉬(변형된 기판)와 비교하여 염화 제2 철 에칭에 대한 그래핀 기반 TCE의 견고성을 도시하며, 여기서 (a) 및 (c)는 Cu 메쉬를 갖는 Cu 메쉬 및 그래핀 기반 TCE를 에칭하기 전에 촬영된 광학 현미경 이미지를 도시하며, (b) 및 (d)는 각각 30 초의 에칭 후에 촬영된 광학 현미경 이미지를 도시하고, (e)는 60 초의 시간에 걸쳐 측정된 Cu 메쉬를 갖는 Cu 메쉬 및 그래핀 기반 TCE의 저항을 예시한다.
도 5는 실버 메쉬를 갖는 그래핀 기반 TCE의 SEM 이미지를 도시한다.
도 6은 비변형된 기판으로부터 그래핀 기반 TCE를 제조하기 위한 실험 단계를 도시한다.
도 7(석영 상의 금속 메쉬/그래핀의 SEM 이미지)은, 전하 캐리어를 수집하기 위해 금속 와이어 사이에 새로운 채널을 제공하는 그래핀의 존재로 인해 금속 네트워크만을 갖는 기판 상에 전도성 영역이 없고 하이브리드 그래핀 금속 네트워크 상에 충전이 없기 때문에 충전이 금속 네트워크의 공극에 있음을 도시한다.
도 8은 상기 그래핀의 상이한 영역에서 그래핀의 라만 스펙트럼 및 투과 스펙트럼을 예시한다. (a) 금속 메쉬 상에서 그리고 (b) 금속 메쉬를 벗어나서 그래핀 필름의 라만 스펙트럼이 기록된다. 도면은 라만 스펙트럼이 기록된 광학 현미경 이미지를 도시한다. (c) 석영 기판과 비교한 필름의 투과 스펙트럼.
도 9는 그래핀 기반 TCE의 접촉각의 측정을 도시한다. (a-b) Cu 메쉬/석영 상에서 3μL 드롭으로 측정된 접촉각의 디지털 이미지 및 (c-d) 그래핀/Cu 메쉬/석영.
도 10은 그래핀 코팅된 Cu-메쉬의 내식성 연구; Cu 메쉬(흑색) 및 그래핀 코팅된 Cu-메쉬(적색)에 대한 타펠 플롯(Tafel Plot)(스위프 속도(Sweep Rate): 5 mV/s)를 도시한다.In order for the present invention to be easily understood and to exert practical effects, reference will now be made to exemplary embodiments as illustrated with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings, taken in conjunction with the following detailed description, are incorporated in and form a part of this specification, and serve to further explain embodiments and to explain various principles and advantages in accordance with the present invention. here,
1 shows the experimental steps for the fabrication of a graphene-based TCE (Transparent Conductive Electrode) from a deformed substrate.
2 shows microscopic optical and scanning electron microscope (SEM) images with different magnifications of a hybrid TCE comprising graphene, where the inset in (a) is a metal mesh of a transparent material (strained substrate); shows a digital image of a graphene film placed on it; (a) to (c) show optical microscope images with different magnifications (100 μm, 50 μm and 25 μm), and (d) to (f) are graphene films placed on the metal mesh of the strained substrate. SEM images are shown. The observed charging is the absence of a conductive region on the substrate with only the metal network and no charging in the hybrid graphene metal network due to the presence of graphene providing new channels between the metal wires to collect charge carriers. Because of this, it is in the void of the metal network.
3 shows the Raman spectrum of graphene of graphene-based TCE and the transmission spectrum of graphene of graphene-based TCE, where (a) is a transparent material (strained substrate) on a metal mesh and on a transparent material ( shows the Raman spectrum of the graphene film out of the metal mesh of the strained substrate). The inset of (a) shows an optical microscope image in which a Raman spectrum is recorded, and (b) shows a comparison of the transmission spectrum of a transparent material such as graphene and quartz of graphene-based TCE.
Figure 4 shows the robustness of graphene-based TCEs to ferric chloride etching compared to metal wire meshes without graphene (strained substrates), where (a) and (c) are Cu meshes with Cu meshes. and optical microscopy images taken before etching the graphene-based TCE, (b) and (d) respectively showing optical microscopy images taken after 30 seconds of etching, and (e) measurements over a time period of 60 seconds We illustrate the resistance of a Cu mesh and graphene-based TCE with a fused Cu mesh.
5 shows SEM images of graphene-based TCEs with silver mesh.
6 shows experimental steps for fabricating graphene-based TCEs from unstrained substrates.
Figure 7 (SEM image of metal mesh/graphene on quartz) is a hybrid graph with no conductive regions on the substrate with only the metal network due to the presence of graphene providing new channels between the metal wires to collect charge carriers. Since there is no charge on the pin metal network, it shows that the charge is in the voids of the metal network.
8 illustrates a Raman spectrum and a transmission spectrum of graphene in different regions of the graphene. Raman spectra of the graphene film are recorded (a) on and off the metal mesh (b). The figure shows an optical microscope image in which a Raman spectrum was recorded. (c) Transmission spectrum of the film compared to the quartz substrate.
9 shows the measurement of the contact angle of a graphene-based TCE. (ab) Digital images of contact angles measured with 3 μL drops on Cu mesh/quartz and (cd) graphene/Cu mesh/quartz.
10 is a study of the corrosion resistance of graphene-coated Cu-mesh; Tafel Plots (Sweep Rate: 5 mV/s) for Cu mesh (black) and graphene-coated Cu-mesh (red) are shown.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 다층은 기판의 표면 상에 적어도 하나의 금속 및/또는 그래핀(Graphene) 층의 존재를 나타낸다.As used herein, the term multilayer refers to the presence of at least one metal and/or Graphene layer on the surface of a substrate.
본 명세서에 사용된 바와 같은, 약어 TCE는 "투명 전도성 전극(Transparent Conductive Electrode)"을 나타낸다.As used herein, the abbreviation TCE stands for "Transparent Conductive Electrode".
본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 '크랙된 템플릿(Cracked Template)' 및 '크래클된 템플릿(Crackled Template)'은 상호 교환적으로 사용되며, 여기서 상기 용어는 기판의 표면상에 건조된 콜로이드 현탁액(Colloidal Suspension)의 크랙된 필름의 존재로 인한 크랙을 포함하는 표면을 나타낸다. 크랙은 기판까지 깊숙이 연장될 수 있다. 그 후 상기 크랙된 표면은 금속 메쉬를 형성하기 위한 템플릿을 형성한다.As used herein, the terms 'cracked template' and 'crackled template' are used interchangeably, wherein the term refers to a dried colloidal suspension on the surface of a substrate. (Colloidal Suspension) represents a surface containing cracks due to the presence of cracked films. The crack may extend deep into the substrate. The cracked surface then forms a template for forming a metal mesh.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 '금속 메쉬(Metal Mesh)', '금속 메쉬(Metallic Mesh)', '크랙된 금속 메쉬', '금속 네트워크(Metal Network)' 또는 '금속 네트워크(Metallic Network)'는 상호 교환적으로 사용되며, 상기 용어는 크랙된 금속 증착에 의해 형성된 금속 물질의 네트워크를 나타낸다.As used herein, the terms 'Metal Mesh', 'Metallic Mesh', 'Cracked Metal Mesh', 'Metal Network' or 'Metallic Network' ' are used interchangeably, and the terms denote a network of metallic material formed by cracked metal deposition.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, 용어 '전도성(Conducting)' 및 '전도성(Conductive)'은 상호 교환적으로 사용되며, 상기 용어는 본 발명의 전극의 전도성 특성을 나타낸다.As used herein, the terms 'conducting' and 'conductive' are used interchangeably, and the terms refer to the conductive properties of the electrode of the present invention.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, '그래핀/금속/기판' 또는 'Gr/금속/기판'의 사용은 내부에서 외부로 층이 기판, 금속 메쉬 및 그래핀으로 이루어지는 TCE를 지칭한다.As used herein, the use of 'graphene/metal/substrate' or 'Gr/metal/substrate' refers to a TCE in which layers from the inside out are comprised of a substrate, a metal mesh and graphene.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, '금속/그래핀/기판' 또는 '금속/Gr/기판'의 사용은 내부에서 외부로 층이 기판, 그래핀 및 금속 메쉬로 이루어지는 TCE를 지칭한다.As used herein, the use of 'metal/graphene/substrate' or 'metal/Gr/substrate' refers to a TCE in which layers from the inside out are comprised of a substrate, graphene and a metal mesh.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용에 적절한 바와 같이 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 해석할 수 있다. 명확성을 위해 다양한 단수/복수 순열이 본 명세서에서 명확히 기술될 수 있다. "적어도" 또는 "적어도 하나"라는 표현의 사용은 하나 이상의 소정의 목적 또는 결과를 달성하기 위해 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있으므로 하나 이상의 요소 또는 성분 또는 양의 사용을 제안한다. 본 명세서 전체에 걸쳐, 단어 "포함하다(Comprise)", 또는 "포함하다(Comprises)" 또는 "포함하는(Comprising)"과 같은 변형은 언급된 요소, 개수 또는 단계, 또는 요소 그룹, 개수 또는 단계를 포함하는 것을 의미하지만, 어떤 다른 요소, 개수 또는 단계 또는 요소 그룹, 개수 또는 단계를 배제하지 않는 것으로 이해될 것이다.With respect to the use of substantially any plural and/or singular term herein, one of ordinary skill in the art may interpret the plural to the singular and/or the singular to the plural as appropriate to the context and/or application. For clarity, various singular/plural permutations may be expressly set forth herein. The use of the expression “at least” or “at least one” suggests the use of one or more elements or ingredients or amounts as they may be used in embodiments of the invention to achieve one or more predetermined purposes or results. Throughout this specification, the word "comprise", or variations such as "comprises" or "comprising" refers to a referenced element, number or step, or group, number or step of elements. It will be understood that the inclusion of, but not the exclusion of, any other element, number or step or group of elements, number or step.
본 발명은 전극, 특히 그래핀 기판 투명 전도성 전극의 제조 프로세스에 관한 것이다.The present invention relates to a process for manufacturing an electrode, in particular a graphene substrate transparent conductive electrode.
본 발명에 기술된 프로세스는 그래핀 기반 투명 전도성 전극을 제조하기 위한 간단한 프로세스며, 상기 그래핀 기반 투명 전도성 전극은 단일 또는 다층의 그래핀을 갖는다. 상기 프로세스는 상업적으로 실행가능하며 투명한 전도성 전극을 제조하기 위해 이용 가능한 공지된 프로세스와 관련된 한계 및/또는 단점을 극복한다.The process described in the present invention is a simple process for manufacturing a graphene-based transparent conductive electrode, wherein the graphene-based transparent conductive electrode has single or multiple layers of graphene. The process is commercially viable and overcomes limitations and/or disadvantages associated with known processes available for making transparent conductive electrodes.
그래핀 기반 TCE의 제조 프로세스로서, 상기 프로세스는,A process for manufacturing a graphene-based TCE, the process comprising:
변형된 기판 또는 비변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 가열하는 단계;heating the strained or unstrained substrate and at least one feeder;
시드락(Seedlac) 증기를 변형된 기판 또는 비변형된 기판과 접촉시키는 단계;contacting the Seedlac vapor with a modified or unstrained substrate;
변형된 기판 상에 그래핀의 코팅을 얻기 위해 변형된 기판을 냉각시켜 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계; 또는generating graphene-based TCEs by cooling the strained substrate to obtain a coating of graphene on the strained substrate; or
비변형된 기판을 냉각시켜 비변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 획득한 후, 그래핀 코팅된 비변형된 기판을 금속 전구체(Metal Precursor)로 코팅하고, 그래핀 코팅된 비변형된 기판을 세척하여 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계를 포함한다.After cooling the unstrained substrate to obtain a graphene coating on the unstrained substrate, the graphene-coated unstrained substrate is coated with a metal precursor, and the graphene-coated unstrained substrate is washed to generate a graphene-based TCE.
일 실시예에서, 시드락을 포함하는 변형된 또는 비변형된 기판 및 공급기는 진공 상태에서 약 10-1 mbar 내지 10-5 mbar 범위의 압력에서 약 1분 내지 120분 범위의 시간 동안 약 400 ℃ 내지 1200 ℃ 범위의 온도로 가열됨으로써, 공급기상의 시드락이 기화되고 기판이 시드락과 접촉된다. 가열은 가열로(Furnace)에서 이루어지며, 여기서 가열로는 소정의 온도로 가열될 수 있는 임의의 전자 가열로이다.In one embodiment, a modified or unstrained substrate comprising a seed lock and a feeder are in a vacuum at a pressure ranging from about 10 −1 mbar to 10 −5 mbar at about 400° C. for a time ranging from about 1 minute to 120 minutes. By heating to a temperature in the range of to 1200° C., the seed lock on the feeder is vaporized and the substrate is contacted with the seed lock. Heating takes place in a furnace, wherein the furnace is any electronic furnace that can be heated to a predetermined temperature.
대안적인 실시예에서, 시드락을 포함하는 변형된 또는 비변형된 기판 및 공급기는 약 100 sccm 내지 500 sccm 범위의 유량의 아르곤, 아르곤과 수소의 조합 또는 질소 및 수소의 조합을 포함하는 제어된 대기(Atmosphere) 상태에서 약 1분 내지 120분의 기간 동안 약 400 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 가열됨으로써, 공급기 상의 시드락이 기화되고 기판이 시드락과 접촉된다.In an alternative embodiment, a modified or unmodified substrate comprising a seedlock and a feeder is a controlled atmosphere comprising argon, a combination of argon and hydrogen, or a combination of nitrogen and hydrogen at a flow rate ranging from about 100 sccm to 500 sccm. By heating in an Atmosphere state to a temperature of about 400° C. to 1200° C. for a period of about 1 minute to 120 minutes, the seed lock on the feeder is vaporized and the substrate is contacted with the seed lock.
일 실시예에서, 변형 또는 비변형된 기판 및 시드락을 포함하는 적어도 하나의 공급기의 가열은 시드락이 기화 및 변형된 기판 또는 비변형된 기판과 접촉하게 하여, 약 25 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 온도로 냉각시켜 변형된 기판 또는 비변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 형성시킨다.In one embodiment, heating the at least one feeder comprising the strained or unstrained substrate and the seedlock causes the seedlock to contact the vaporized and strained or unstrained substrate to a temperature in the range of about 25°C to 50°C. Cooling to form a graphene coating on a deformed or unstrained substrate.
다른 실시예에서, 냉각 온도는 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃ 또는 약 50 ℃이다.In other embodiments, the cooling temperature is about 25 °C, about 30 °C, about 35 °C, about 40 °C, about 45 °C, or about 50 °C.
일 실시예에서, 변형된 기판은 그 표면에 크랙된 금속 메쉬로 코팅된 투명 물질을 포함한다.In one embodiment, the strained substrate includes a transparent material coated on its surface with a cracked metal mesh.
일 실시예에서, 변형된 기판은, 선택적으로 콜로이드 필름과 함께 크랙된 금속을 갖는 투명 물질을 포함하고, 여기서 변형된 기판은 다음 단계 즉,In one embodiment, the strained substrate comprises a transparent material having cracked metal, optionally with a colloidal film, wherein the strained substrate is subjected to the following steps:
투명 물질 상에 콜로이드 용액을 코팅하는 단계;coating a colloidal solution on a transparent material;
투명 물질 상에서 콜로이드 용액을 건조시켜 크래클 템플릿을 얻는 단계; 및drying the colloidal solution on a transparent material to obtain a crackle template; and
크래클 템플릿 상에 금속을 코팅한 후, 템플릿을 세척하여 변형된 기판을 얻는 단계를 포함한다.and coating the metal on the crackle template, and then cleaning the template to obtain a deformed substrate.
일 실시예에서, 콜로이드 용액은 아크릴 수지, 아크릴 수지 나노 입자, 이산화 티타늄(Titanium Dioxide), 포타슘 테트라 옥틸 암모늄 브로마이드(Potassium Tetraoctyl Ammonium Bromide), 팔라듐 벤질 티오레이트(Palladium Benzyl Thiolate), 팔라듐 헥사데실티오레이트 커피 분말(Palladium Hexadecylthiolate Coffee Powder) 및 다른 물질의 콜로이드성 나노 입자 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 콜로이드 물질을 포함한다.In one embodiment, the colloidal solution is acrylic resin, acrylic resin nanoparticles, titanium dioxide (Titanium Dioxide), potassium tetraoctyl ammonium bromide (Potassium Tetraoctyl Ammonium Bromide), Palladium Benzyl Thiolate (Palladium Benzyl Thiolate), palladium hexadecyl thiolate colloidal material selected from the group comprising Palladium Hexadecylthiolate Coffee Powder and colloidal nanoparticles of other materials or any combination thereof.
바람직한 실시예에서, 콜로이드 용액은 크래클 네일 폴리시(중국 광저우 소재의 밍니 코스메틱(Ming Ni Cosmetics Co.) 사)로서 상업적으로 입수 가능한 아크릴 수지 수계 분산액(Acrylic Resin Water Based Dispersion)이다.In a preferred embodiment, the colloidal solution is an Acrylic Resin Water Based Dispersion commercially available as Crackle Nail Polish (Ming Ni Cosmetics Co., Guangzhou, China).
일 실시예에서, 콜로이드 용액을 제조하기 위한 용매는 물, 톨루엔(Toluene), 아세톤(Acetone), 클로로포름(Chloroform), 에틸 알코올, 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol), 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸 아세테이트(Butyl Acetate) 및 메탄올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the solvent for preparing the colloidal solution is water, toluene, acetone, chloroform, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl acetate (Ethyl Acetate), butyl acetate (Butyl Acetate) and methanol or any combination thereof.
일 실시예에서, 본 발명의 프로세스에서, 콜로이드 용액은 약 1 nm 내지 1000 nm 범위, 바람직하게는 약 10 nm 내지 150 nm 범위의 입자 크기를 갖는다.In one embodiment, in the process of the present invention, the colloidal solution has a particle size in the range of about 1 nm to 1000 nm, preferably in the range of about 10 nm to 150 nm.
다른 실시예에서, 본 발명의 프로세스에서, 콜로이드 용액은 약 10 nm, 약 20 nm, 약 30 nm, 약 40 nm, 약 50 nm, 약 60 nm, 약 70 nm, 약 80 nm, 약 90 nm, 약 100 nm, 약 110 nm, 약 120 nm, 약 130 nm, 약 140 nm 또는 약 150 nm의 입자 크기를 갖는다.In another embodiment, in the process of the present invention, the colloidal solution is about 10 nm, about 20 nm, about 30 nm, about 40 nm, about 50 nm, about 60 nm, about 70 nm, about 80 nm, about 90 nm, and a particle size of about 100 nm, about 110 nm, about 120 nm, about 130 nm, about 140 nm, or about 150 nm.
일 실시예에서, 용액 중 콜로이드 물질의 농도는 약 0.05 g/mL 내지 2 g/mL의 범위이다.In one embodiment, the concentration of colloidal material in the solution ranges from about 0.05 g/mL to 2 g/mL.
다른 실시예에서, 용액 중 콜로이드 물질의 농도는 약 0.05 g/mL, 약 0.25 g/mL, 약 0.5 g/mL, 약 0.75 g/mL, 약 l g/mL, 약 1.25 g/mL, 약 1.5 g/mL, 약 1.75 g/mL 또는 약 2g/mL이다.In other embodiments, the concentration of the colloidal material in the solution is about 0.05 g/mL, about 0.25 g/mL, about 0.5 g/mL, about 0.75 g/mL, about l g/mL, about 1.25 g/mL, about 1.5 g /mL, about 1.75 g/mL or about 2 g/mL.
일 실시예에서, 1" x 1" 기판을 코팅하기 위한 콜로이드 분산액의 용적은 약 60 μ1이다.In one embodiment, the volume of colloidal dispersion for coating a 1" x 1" substrate is about 60 μl.
일 실시예에서, 콜로이드 용액은 스핀 코팅, 딥 코팅(Dip Coating), 스프레이 코팅, 롤 코팅(Roll Coating) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 투명 물질 상에 코팅되며, 여기서 콜로이드 용액은 투명 물질 상에 필름을 형성한다.In one embodiment, the colloidal solution is coated onto the transparent material by a technique selected from the group comprising spin coating, dip coating, spray coating, roll coating, or any combination thereof, wherein The colloidal solution forms a film on the transparent material.
일 실시예에서, 투명 물질 상의 크래클 템플릿은 건조를 통해 개시되는 콜로이드 용액 필름의 크래클링에 의해 형성된다.In one embodiment, the crackle template on the transparent material is formed by cracking of the colloidal solution film initiated through drying.
바람직한 실시예에서, 콜로이드 용액은 실온에서 60초 동안 1000 rpm에서 스핀 코팅에 의해 투명 물질 상에 코팅된다.In a preferred embodiment, the colloidal solution is coated onto the transparent material by spin coating at 1000 rpm for 60 seconds at room temperature.
비제한적인 실시예에서, 스핀 코팅을 위한 온도는 약 25 ℃, 약 27.5 ℃, 약 30 ℃, 약 32.5 ℃, 약 35 ℃, 약 37.5 ℃ 또는 약 40 ℃이다.In a non-limiting embodiment, the temperature for spin coating is about 25 °C, about 27.5 °C, about 30 °C, about 32.5 °C, about 35 °C, about 37.5 °C, or about 40 °C.
일 실시예에서, 건조는 자가 증발, IR 방사, 노광(Light Exposure), 가열, 스피닝, 회전 및 냉각 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 수행된다.In one embodiment, drying is performed by a technique selected from the group comprising self-evaporation, IR radiation, Light Exposure, heating, spinning, rotating and cooling, or any combination thereof.
다른 실시예에서, 건조는 약 -73 ℃ 내지 약 87 ℃ 범위, 바람직하게는 약 25 ℃의 온도에서 수행된다.In another embodiment, drying is carried out at a temperature ranging from about -73°C to about 87°C, preferably about 25°C.
또 다른 실시예에서, 건조는 약 -73 ℃, 약 -65 ℃, 약 -60 ℃, 약 -55 ℃, 약 -50 ℃, 약 -45 ℃, 약 -40 ℃, 약 -35 ℃, 약 -30 ℃, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃ 또는 약 87 ℃의 온도에서 수행된다.In another embodiment, drying is about -73 °C, about -65 °C, about -60 °C, about -55 °C, about -50 °C, about -45 °C, about -40 °C, about -35 °C, about - 30 °C, about -25 °C, about -20 °C, about -15 °C, about -10 °C, about -5 °C, about 0 °C, about 5 °C, about 10 °C, about 15 °C, about 20 °C, about 25 °C, about 30 °C, about 35 °C, about 40 °C, about 45 °C, about 50 °C, about 55 °C, about 60 °C, about 65 °C, about 70 °C, about 75 °C, about 80 °C, about 85 °C or It is carried out at a temperature of about 87 ° C.
일 실시예에서, 크래클 템플릿을 생성하기 위해, 물/희석액(0.4 g/ml) 중 콜로이드 분산액을 실온(25 ℃)에서 10분 동안 엄격하게 초음파 처리한다. 물, 아세톤 및 이소프로필 알코올로 세척하고 질소로 퍼지(Purging)한 후 일반적으로 이용 가능한 유리 및 석영 플레이트가 기판으로 사용된다. 60 μ1 용액이 실온(25 ℃)에서 60초 동안 1000 rpm에서 스핀 코팅에 사용된다. 코팅층에 크래클 네트워크 패턴이 자발적으로 형성되는 동안 기판은 공기 중에서 스핀하는 중에 건조된다.In one embodiment, to generate crackle templates, colloidal dispersions in water/diluent (0.4 g/ml) are rigorously sonicated for 10 minutes at room temperature (25° C.). After washing with water, acetone and isopropyl alcohol and purging with nitrogen, commonly available glass and quartz plates are used as substrates. A 60 μl solution is used for spin coating at 1000 rpm for 60 s at room temperature (25 °C). The substrate is dried while spinning in air while the crackle network pattern is spontaneously formed on the coating layer.
일 실시예에서, 크래클 템플릿의 두께는 약 1 μm 내지 4 μm의 범위이다.In one embodiment, the thickness of the crackle template ranges from about 1 μm to 4 μm.
또 다른 실시예에서, 크래클 템플릿의 두께는 약 1 μm, 1.5 μm, 약 2 μm, 약 2.5 μm, 약 3 μm, 약 3.5 μm 또는 약 4 μm이다.In another embodiment, the thickness of the crackle template is about 1 μm, 1.5 μm, about 2 μm, about 2.5 μm, about 3 μm, about 3.5 μm, or about 4 μm.
투명 물질 상에 형성된 크래클 템플릿은 상기 템플릿 상에 금속을 코팅하기 위한 템플릿 마스크로서 작용한다.A crackle template formed on a transparent material acts as a template mask for coating metal on the template.
일 실시예에서, 코팅된 금속은 메쉬, 와이어 및 박막(Thin Film) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 임의의 형태이다.In one embodiment, the coated metal is in any shape selected from the group comprising mesh, wire and thin film, or any combination thereof.
바람직한 실시예에서, 금속은 금속 와이어의 두께가 약 100 nm - 1 μm 범위, 바람직하게는 약 100 nm인 와이어 형태이다.In a preferred embodiment, the metal is in the form of a wire with a thickness of the metal wire in the range of about 100 nm - 1 μm, preferably about 100 nm.
다른 실시예에서, 금속 와이어의 두께는 약 10 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1μm이다.In other embodiments, the thickness of the metal wire is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm, about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, or about 1 μm.
일 실시예에서, 금속은 수은(Hg)을 제외한 임의의 금속 또는 금속 합금일 수 있다.In one embodiment, the metal may be any metal or metal alloy other than mercury (Hg).
비제한적인 실시예에서, 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 이러한 알루미늄(Al)-아연(Zn) 합금(Al 3003), 알루미늄(Al)-실리카(Si) 합금(Al 4343), 구리(Cu)-니켈(Ni), 청동, 니켈(Ni)-크롬(Cr), 강철, 연강 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In a non-limiting embodiment, the metal is copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tin (Sn), aluminum (Al), nickel (Ni) and such aluminum (Al)-zinc (Zn) alloys. (Al 3003), aluminum (Al)-silica (Si) alloy (Al 4343), copper (Cu)-nickel (Ni), bronze, nickel (Ni)-chromium (Cr), steel, mild steel, or a combination thereof. selected from the group comprising.
일 실시예에서, 형성된 크래클 템플릿 상의 금속 증착은 패턴화된 변형된 기판의 제조를 용이하게 하며, 이는 그래핀의 코팅에서 그래핀 기반 TCE를 얻는 것을 돕는다.In one embodiment, metal deposition on the formed crackle template facilitates the fabrication of a patterned strained substrate, which helps to obtain a graphene-based TCE in a coating of graphene.
일 실시예에서, 패턴은 약 25 μm 내지 100 μm, 바람직하게는 약 30 μm 내지 40 μm 범위의 셀 크기(즉, 비금속 영역)를 갖는 공극(Void) 영역을 포함한다.In one embodiment, the pattern comprises void regions having a cell size (ie, non-metallic regions) in the range of about 25 μm to 100 μm, preferably about 30 μm to 40 μm.
일 실시예에서, 금속 전구체는 전자 빔 증착(Telemark, 미국) 및 물리 증착 시스템(Hind High Vacuum Co., 인도) 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 크래클 템플릿 상에 코팅된다.In one embodiment, the metal precursor is coated onto the crackle template by a technique selected from the group comprising electron beam deposition (Telemark, USA) and a physical vapor deposition system (Hind High Vacuum Co., India) or a combination thereof.
일 실시예에서, 10 cm x 10 cm 크기의 템플릿 상에 증착된 금속의 양은 약 100 mg 내지 2 g의 범위, 바람직하게는 약 400 mg이다.In one embodiment, the amount of metal deposited on a template measuring 10 cm x 10 cm is in the range of about 100 mg to 2 g, preferably about 400 mg.
다른 실시예에서, 필름 형태의 금속은 약 10 nm 내지 1 ㎛의 범위, 바람직하게는 약 100 nm의 두께를 갖는다.In another embodiment, the metal in the form of a film has a thickness in the range of about 10 nm to 1 μm, preferably about 100 nm.
또 다른 실시예에서, 금속 필름의 두께는 약 10 nm, 약 50nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1μm이다.In another embodiment, the thickness of the metal film is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm, about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, or about 1 μm.
일 실시예에서, 크래클 템플릿 상에 금속을 코팅한 후, 변형된 기판은 리프트 오프(Lift-off)되는데 여기서 크래클 층은 클로로포름에 침지(Dipping)되어 용해된다. 리프트 오프 후 변형된 기판은 그 위에 금속 네트워크가 남는다.In one embodiment, after coating the metal on the crackle template, the deformed substrate is lifted off, where the crackle layer is dissolved by dipping in chloroform. After lift-off, the deformed substrate leaves a metal network on it.
일 실시예에서, 변형된 기판상의 금속 네트워크는 그래핀으로 코팅되어 그래핀 기반 TCE를 형성한다.In one embodiment, the metal network on the strained substrate is coated with graphene to form a graphene-based TCE.
일 실시예에서, 비변형된 기판은 석영, 유리, 강화 유리, 운모(Mica), 중합체(Polymer) 및 세라믹 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the unstrained substrate is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, Mica, Polymer and ceramic or any combination thereof.
다른 실시예에서, 그래핀 코팅된 비변형된 기판은 그래핀 층으로 코팅된 투명 물질을 포함한다.In another embodiment, the graphene coated unstrained substrate comprises a transparent material coated with a graphene layer.
또 다른 실시예에서, 그래핀 코팅된 비변형된 기판은 그 표면에 크랙된 금속 메쉬로 코팅된다.In another embodiment, the graphene-coated unstrained substrate is coated with a cracked metal mesh on its surface.
또 다른 실시예에서, 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상의 크랙된 금속 메쉬는 그래핀 코팅된 비변형된 기판의 표면 상의 크랙된 템플릿 상에 금속 전구체를 코팅함으로써 형성된다.In another embodiment, a cracked metal mesh on a graphene-coated unstrained substrate is formed by coating a metal precursor onto a cracked template on the surface of a graphene-coated unstrained substrate.
대안의 실시예에서, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 그래핀 기반 TCE의 제조 프로세스에 관한 것이다. 즉,In an alternative embodiment, the present invention relates to a process for manufacturing a graphene-based TCE comprising the following steps. in other words,
변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 가열하는 단계;heating the deformed substrate and the at least one feeder;
시드락 증기를 변형된 기판과 접촉시키는 단계; 및 contacting the seedlock vapor with the deformed substrate; and
변형된 기판을 냉각시켜 상기 변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 획득하여 그래핀 기반 투명 전도성 전극을 생성하는 단계를 포함한다.and cooling the deformed substrate to obtain a graphene coating on the deformed substrate to produce a graphene-based transparent conductive electrode.
일 실시예에서, 변형된 기판 및 시드락을 포함하는 공급기는 약 1분 내지 120분의 시간 동안 약 10-1 mbar 내지 10-5 mbar 범위의 압력에서 진공 하에 약 400 ℃ 내지 1200 ℃ 범위의 온도로 가열됨으로써, 공급기 상의 시드락이 기화되고 기판이 시드락과 접촉된다. 가열은 가열로에서 행해지고, 여기서 가열로는 소정의 온도로 가열될 수 있는 임의의 전자 가열로이다.In one embodiment, the feeder comprising the strained substrate and seed lock is at a temperature ranging from about 400° C. to 1200° C. under vacuum at a pressure ranging from about 10 −1 mbar to 10 −5 mbar for a time of from about 1 minute to 120 minutes. By heating to the furnace, the seedlock on the feeder is vaporized and the substrate is contacted with the seedlock. The heating is carried out in a heating furnace, wherein the heating furnace is any electronic heating furnace capable of being heated to a predetermined temperature.
대안의 실시예에서, 변형된 기판 및 시드락 케어를 포함하는 공급기는 약 1분 내지 120분의 시간 동안 약 100 sccm 내지 500 sccm 범위의 유량에서 아르곤, 아르곤과 수소의 조합 또는 질소와 수소의 조합을 포함하는 제어된 분위기 하에서 약 400 ℃ 내지 1200 ℃ 범위의 온도로 가열됨으로써, 공급기 상의 시드락이 기화되고 기판이 시드락과 접촉된다.In an alternative embodiment, the feeder comprising the modified substrate and seed lock care is argon, a combination of argon and hydrogen, or a combination of nitrogen and hydrogen at a flow rate ranging from about 100 sccm to 500 sccm for a time of about 1 minute to 120 minutes. By heating to a temperature ranging from about 400° C. to 1200° C. under a controlled atmosphere comprising
일 실시예에서, 변형된 기판 및 시드락을 포함하는 적어도 하나의 공급기의 가열은 시드락을 기화시키고 변형된 기판과 접촉시켜, 약 25 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 온도로 냉각시 변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 형성시킨다.In one embodiment, heating the strained substrate and at least one feeder comprising the seed lock vaporizes the seed lock and contacts the strained substrate, upon cooling to a temperature in the range of about 25° C. to 50° C. on the strained substrate. A graphene coating is formed.
다른 실시예에서, 냉각 온도는 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃ 또는 약 50 ℃이다.In other embodiments, the cooling temperature is about 25 °C, about 30 °C, about 35 °C, about 40 °C, about 45 °C, or about 50 °C.
일 실시예에서, 변형된 기판은 임의로 콜로이드 필름과 함께 크랙된 금속을 갖는 투명 물질을 포함하며, 여기서 변형된 기판은 하기 단계를 포함하는 프로세스에 의해 제조된다. 즉,In one embodiment, the strained substrate comprises a transparent material having cracked metal, optionally with a colloidal film, wherein the strained substrate is prepared by a process comprising the steps of: in other words,
투명 물질 상에 콜로이드 용액을 코팅하는 단계;coating a colloidal solution on a transparent material;
투명 물질 상에서 콜로이드 용액을 건조시켜 크래클 템플릿을 얻는 단계; 및drying the colloidal solution on a transparent material to obtain a crackle template; and
크래클 템플릿 상에 금속을 코팅한 후, 템플릿을 세척하여 변형된 기판을 얻는 단계를 포함한다.and coating the metal on the crackle template, and then cleaning the template to obtain a deformed substrate.
일 실시예에서, 콜로이드 용액은 아크릴 수지, 아크릴 수지 나노 입자, 이산화 티탄, 포타슘 테트라 옥틸 암모늄 브로마이드, 팔라듐 벤질 티오레이트, 팔라듐 헥사데실티오레이트 커피 분말 및 다른 물질의 콜로이드 나노 입자 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 콜로이드 물질을 포함한다.In one embodiment, the colloidal solution comprises colloidal nanoparticles of acrylic resin, acrylic resin nanoparticles, titanium dioxide, potassium tetraoctyl ammonium bromide, palladium benzyl thiorate, palladium hexadecylthiorate coffee powder and other materials, or any combination thereof. and a colloidal material selected from the group comprising
바람직한 실시예에서, 콜로이드 용액은 크래클 네일 폴리시(중국 광저우 소재의 밍니 코스메틱 사)로서 상업적으로 입수가능한 아크릴 수지 수계 분산액이다.In a preferred embodiment, the colloidal solution is an aqueous dispersion of acrylic resin commercially available as Crackle Nail Polish (Mingni Cosmetics, Guangzhou, China).
일 실시예에서, 콜로이드 용액을 제조하기 위한 용매는 물, 톨루엔, 아세톤, 클로로포름, 에틸 알코올, 이소프로필 알코올, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트 및 메탄올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the solvent for preparing the colloidal solution is selected from the group comprising water, toluene, acetone, chloroform, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate and methanol or any combination thereof.
일 실시예에서, 본 발명의 프로세스에서, 콜로이드 용액은 약 1 nm 내지 1000 nm 범위, 바람직하게는 약 10nm 내지 150nm 범위의 입자 크기를 갖는다.In one embodiment, in the process of the present invention, the colloidal solution has a particle size in the range of about 1 nm to 1000 nm, preferably in the range of about 10 nm to 150 nm.
다른 실시예에서, 본 발명의 프로세스에서, 콜로이드 용액은 약 10 nm, 약 20 nm, 약 30 nm, 약 40 nm, 약 50 nm, 약 60 nm, 약 70 nm, 약 80 nm, 약 90 nm, 약 100 nm, 약 110 nm, 약 120 nm, 약 130 nm, 약 140 nm 또는 약 150 nm의 입자 크기를 갖는다.In another embodiment, in the process of the present invention, the colloidal solution is about 10 nm, about 20 nm, about 30 nm, about 40 nm, about 50 nm, about 60 nm, about 70 nm, about 80 nm, about 90 nm, and a particle size of about 100 nm, about 110 nm, about 120 nm, about 130 nm, about 140 nm, or about 150 nm.
일 실시예에서, 용액 중 콜로이드 물질의 농도는 약 0.05 g/mL 내지 2 g/mL의 범위이다.In one embodiment, the concentration of colloidal material in the solution ranges from about 0.05 g/mL to 2 g/mL.
다른 실시예에서, 용액 중 콜로이드 물질의 농도는 약 0.05 g/mL, 약 0.25 g/mL, 약 0.5 g/mL, 약 0.75 g/mL, 약 l g/mL, 약 1.25 g/mL, 약 1.5 g/mL, 약 1.75 g/mL 또는 약 2 g/mL이다.In other embodiments, the concentration of the colloidal material in the solution is about 0.05 g/mL, about 0.25 g/mL, about 0.5 g/mL, about 0.75 g/mL, about l g/mL, about 1.25 g/mL, about 1.5 g /mL, about 1.75 g/mL or about 2 g/mL.
일 실시예에서, 1 " x 1" 기판을 코팅하기 위한 콜로이드 분산액의 용적은 약 60μ1이다.In one embodiment, the volume of colloidal dispersion for coating a 1" x 1" substrate is about 60 μl.
일 실시예에서, 콜로이드 용액은 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 투명 물질 상에 코팅되며, 여기서 콜로이드 용액은 투명 물질 상에 필름을 형성한다.In one embodiment, the colloidal solution is coated on the transparent material by a technique selected from the group comprising spin coating, dip coating, spray coating, roll coating, or any combination thereof, wherein the colloidal solution is a film on the transparent material. to form
일 실시예에서, 투명 물질 상의 크래클 템플릿은 건조를 통해 개시되는 콜로이드 용액 필름의 크래클링에 의해 형성된다.In one embodiment, the crackle template on the transparent material is formed by cracking of the colloidal solution film initiated through drying.
바람직한 실시예에서, 콜로이드 용액은 실온에서 60초 동안 1000 rpm에서 스핀 코팅에 의해 투명 물질 상에 코팅된다.In a preferred embodiment, the colloidal solution is coated onto the transparent material by spin coating at 1000 rpm for 60 seconds at room temperature.
일 실시예에서, 건조는 자가 증발, IR 방사, 노광, 가열, 스피닝, 회전 및 냉각 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 수행된다.In one embodiment, drying is performed by a technique selected from the group comprising self-evaporation, IR radiation, exposure, heating, spinning, rotating and cooling, or any combination thereof.
다른 실시예에서, 건조는 약 -73 ℃ 내지 약 87 ℃ 범위, 바람직하게는 약 25 ℃의 온도에서 수행된다.In another embodiment, drying is carried out at a temperature ranging from about -73°C to about 87°C, preferably about 25°C.
또 다른 실시예에서, 건조는 약 -73 ℃, 약 -65 ℃, 약 -60 ℃, 약 -55 ℃, 약 -50 ℃, 약 -45 ℃, 약 -40 ℃, 약 -35 ℃, 약 -30 ℃, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃ 또는 약 87 ℃의 온도에서 수행된다.In another embodiment, drying is about -73 °C, about -65 °C, about -60 °C, about -55 °C, about -50 °C, about -45 °C, about -40 °C, about -35 °C, about - 30 °C, about -25 °C, about -20 °C, about -15 °C, about -10 °C, about -5 °C, about 0 °C, about 5 °C, about 10 °C, about 15 °C, about 20 °C, about 25 °C, about 30 °C, about 35 °C, about 40 °C, about 45 °C, about 50 °C, about 55 °C, about 60 °C, about 65 °C, about 70 °C, about 75 °C, about 80 °C, about 85 °C or It is carried out at a temperature of about 87 ° C.
일 실시예에서, 크래클 템플릿을 생성하기 위해, 물/희석액(0.4 g/ml) 중 콜로이드 분산액을 실온(25 ℃)에서 10분 동안 엄격하게 초음파 처리한다. 물, 아세톤 및 이소프로필 알코올로 세척하고 질소로 퍼지한 후 일반적으로 이용 가능한 유리 및 석영 플레이트가 기판으로 사용된다. 60 μ1 용액이 실온(25 ℃)에서 60초 동안 1000 rpm에서 스핀 코팅에 사용된다. 코팅층에 크래클 네트워크 패턴이 자발적으로 형성되는 동안 기판은 공기 중에서 스핀하는 중에 건조된다.In one embodiment, a colloidal dispersion in water/diluent (0.4 g/ml) is rigorously sonicated for 10 minutes at room temperature (25° C.) to generate crackle templates. After washing with water, acetone and isopropyl alcohol and purging with nitrogen, commonly available glass and quartz plates are used as substrates. A 60 μl solution is used for spin coating at 1000 rpm for 60 s at room temperature (25 °C). The substrate is dried while spinning in air while the crackle network pattern is spontaneously formed on the coating layer.
일 실시예에서, 크래클 템플릿의 두께는 약 1 μm 내지 4 μm의 범위이다.In one embodiment, the thickness of the crackle template ranges from about 1 μm to 4 μm.
또 다른 실시예에서, 크래클 템플릿의 두께는 약 1 μm, 1.5 μm, 약 2 μm, 약 2.5 μm, 약 3 μm, 약 3.5 μm 또는 약 4 μm이다.In another embodiment, the thickness of the crackle template is about 1 μm, 1.5 μm, about 2 μm, about 2.5 μm, about 3 μm, about 3.5 μm, or about 4 μm.
투명 물질 상에 형성된 크래클 템플릿은 상기 템플릿 상에 금속을 코팅하기 위한 템플릿 마스크로서 작용한다.A crackle template formed on a transparent material acts as a template mask for coating metal on the template.
일 실시예에서, 코팅된 금속은 메쉬, 와이어 및 박막 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 임의의 형태이다.In one embodiment, the coated metal is in any shape selected from the group comprising mesh, wire and thin film or any combination thereof.
바람직한 실시예에서, 금속은 금속 와이어의 두께가 약 100 nm - 1 μm 범위, 바람직하게는 약 100 nm인 와이어 형태이다.In a preferred embodiment, the metal is in the form of a wire with a thickness of the metal wire in the range of about 100 nm - 1 μm, preferably about 100 nm.
다른 실시예에서, 금속 와이어의 두께는 약 10 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1μm이다.In other embodiments, the thickness of the metal wire is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm, about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, or about 1 μm.
일 실시예에서, 금속은 수은(Hg)을 제외한 임의의 금속 또는 금속 합금일 수 있다.In one embodiment, the metal may be any metal or metal alloy other than mercury (Hg).
비제한적인 실시예에서, 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 이러한 알루미늄(Al)-아연(Zn) 합금(Al 3003), 알루미늄(Al)-실리카(Si) 합금(Al 4343), 구리(Cu)-니켈(Ni), 청동, 니켈(Ni)-크롬(Cr), 강철, 연강 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In a non-limiting embodiment, the metal is copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tin (Sn), aluminum (Al), nickel (Ni) and such aluminum (Al)-zinc (Zn) alloys. (Al 3003), aluminum (Al)-silica (Si) alloy (Al 4343), copper (Cu)-nickel (Ni), bronze, nickel (Ni)-chromium (Cr), steel, mild steel, or a combination thereof. selected from the group comprising.
일 실시예에서, 형성된 크래클 템플릿 상의 금속 증착은 패턴화된 변형된 기판의 제조를 용이하게 하며, 이는 그래핀의 코팅에서 그래핀 기반 TCE를 얻는 것을 돕는다.In one embodiment, metal deposition on the formed crackle template facilitates the fabrication of a patterned strained substrate, which helps to obtain a graphene-based TCE in a coating of graphene.
일 실시예에서, 패턴은 약 25 μm 내지 100 μm, 바람직하게는 약 30 μm 내지 40 μm 범위의 셀 크기(즉, 비금속 영역)를 갖는 공극 영역을 포함한다.In one embodiment, the pattern comprises void regions having a cell size (ie, non-metallic regions) in the range of about 25 μm to 100 μm, preferably about 30 μm to 40 μm.
일 실시예에서, 금속 전구체는 전자 빔 증착(Telemark, 미국) 및 물리 증착 시스템(Hind High Vacuum Co., 인도) 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 크래클 템플릿 상에 코팅된다.In one embodiment, the metal precursor is coated onto the crackle template by a technique selected from the group comprising electron beam deposition (Telemark, USA) and a physical vapor deposition system (Hind High Vacuum Co., India) or a combination thereof.
일 실시예에서, 10 cm x 10 cm 크기의 템플릿 상에 증착된 금속의 양은 약 100 mg 내지 2 g의 범위, 바람직하게는 약 400 mg이다.In one embodiment, the amount of metal deposited on a template measuring 10 cm x 10 cm is in the range of about 100 mg to 2 g, preferably about 400 mg.
다른 실시예에서, 필름 형태의 금속은 약 10 nm 내지 1 ㎛의 범위, 바람직하게는 약 100 nm의 두께를 갖는다.In another embodiment, the metal in the form of a film has a thickness in the range of about 10 nm to 1 μm, preferably about 100 nm.
또 다른 실시예에서, 금속 필름의 두께는 약 10 nm, 약 50nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1μm이다.In another embodiment, the thickness of the metal film is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm, about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, or about 1 μm.
일 실시예에서, 크래클 템플릿 상에 금속을 코팅한 후, 변형된 기판은 리프트 오프(lift-off)되며 여기서 크래클 층은 클로로포름에 침지되어 용해된다. 리프트 오프 후 변형된 기판은 그 위에 금속 네트워크가 남는다.In one embodiment, after coating the metal on the crackle template, the deformed substrate is lifted off where the crackle layer is dissolved by immersion in chloroform. After lift-off, the deformed substrate leaves a metal network on it.
일 실시예에서, 변형된 기판상의 금속 네트워크는 그래핀으로 코팅되어 그래핀 기반 TCE를 형성한다.In one embodiment, the metal network on the strained substrate is coated with graphene to form a graphene-based TCE.
일 실시예에서, 비변형된 기판은 석영, 유리, 강화 유리, 운모, 중합체 및 세라믹 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the unstrained substrate is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, mica, polymers and ceramics, or any combination thereof.
일 실시예에서, 도 1은 본 발명의 프로세스에 의한 그래핀 기반 투명 전도성 전극 제조의 실험 설정을 예시한다. 이 도면은 투명 물질 상에 크래클 템플릿 필름(콜로이드 용액을 통해 형성된 필름에서 크랙 형성을 사용하여 제조됨)의 개략적인 표현을 도시한다. 이어서, 금속이 증착되고 필름이 리프트 오프되도록 세척된다. 후속 설정은 변형된 기판이 시드락 용액으로 코팅된 적어도 하나의 공급기에 의해 둘러싸인 가열 플랫폼을 포함한다. 변형된 기판 및 시드락 용액으로 코팅된 적어도 하나의 공급기를 포함하는 가열 플랫폼은 가열로 내에 배치되고, 그럼으로써 가열로를 가열할 때 시드락의 증기가 생성되고(시드락이 기화됨) 금속 네트워크를 갖는 변형된 기판 상에 증착되어, 변형된 기판 상에 그래핀을 형성하여 그래핀 기반 투명 전도성 전극을 생성한다.In one embodiment, Figure 1 illustrates an experimental setup of graphene-based transparent conductive electrode fabrication by the process of the present invention. This figure shows a schematic representation of a crackle template film (made using crack formation in a film formed via colloidal solution) on a transparent material. The metal is then deposited and cleaned to lift off the film. A subsequent setup includes a heating platform surrounded by at least one feeder in which the deformed substrate is coated with a seedlock solution. A heating platform comprising a deformed substrate and at least one feeder coated with a seed lock solution is disposed within the furnace, whereby vapors of the seed lock are generated (the seed lock vaporizes) and the metal network when heating the furnace. It is deposited on a deformed substrate with a graphene to form graphene on the deformed substrate to produce a graphene-based transparent conductive electrode.
일 실시예에서, 도 2는 현미경 이미지를 예시하며, 도 2a 내지 도 2c는 상이한 배율을 갖는 광학 현미경 이미지를 예시한다. 도 2a의 삽입부는 변형된 기판의 금속 메쉬 상에 갇힌 그래핀 필름의 디지털 광학 이미지를 도시한다. 도 2d 내지 도 2f는 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 SEM 이미지를 예시한다.In one embodiment, FIG. 2 illustrates a microscope image, and FIGS. 2A-2C illustrate optical microscopy images with different magnifications. The inset of Figure 2a shows a digital optical image of a graphene film entrapped on a metal mesh of a strained substrate. 2D-2F illustrate SEM images of graphene in graphene-based TCE.
일 실시예에서, 도 3은 그래핀 기반 TCE의 그래핀 표면 상의 상이한 영역에서의 라만(Raman) 및 광 투과 스펙트럼을 예시한다. 도 3a는 상기 그래핀 기반 TCE에서 금속 메쉬 안밖의 그래핀 필름의 라만 스펙트럼을 예시한다. 도 3b는 가시 범위에서 약 80 %의 투과율을 갖는 석영 기판 상의 그래핀 금속 메쉬 네트워크의 투과 스펙트럼을 예시한다. 필름은 시트 저항(Rs)이 약 <20 Ω/sq인 영역 전체에서 전도되고 있다.In one embodiment, FIG. 3 illustrates Raman and light transmission spectra at different regions on the graphene surface of a graphene-based TCE. Figure 3a illustrates the Raman spectrum of the graphene film inside and outside the metal mesh in the graphene-based TCE. Figure 3b illustrates the transmission spectrum of a graphene metal mesh network on a quartz substrate with a transmittance of about 80% in the visible range. The film is conducting over the region where the sheet resistance (R s ) is about <20 Ω/sq.
일 실시예에서, 도 4는 본 발명의 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 불투과성 특성을 예시함으로써, 상기 그래핀 기반 TCE의 금속 네트워킹의 보호를 나타낸다. 도 4a 및 도 4c는 Cu 메쉬 및 Cu 메쉬를 갖는 그래핀 기반 TCE 상에서 염화 제2 철 에칭 시험 전에 촬영된 광학 현미경 이미지를 도시한다.In one embodiment, Figure 4 illustrates the protection of metal networking of the graphene-based TCE by illustrating the opaque properties of the graphene in the graphene-based TCE of the present invention. 4a and 4c show optical microscopy images taken before the ferric chloride etching test on a graphene-based TCE with Cu mesh and Cu mesh.
도 4b 및 도 4d는 각각 30 초의 에칭 후 Cu 메쉬를 갖는 Cu 메쉬 및 그래핀 기반 TCE에서 염화 제2 철(약 0.1 M) 에칭 시험 후의 광학 현미경 이미지를 도시하며, 여기서 그래핀 기반 TCE 및 베어 금속 네트워크(Bare Metal Network) 내의 그래핀 아래의 메탈 네트워크는 각각 약 30초 동안 희석 식각액(Dilute Etchant Solution)에 노출된다. 노출 직후 베어 금속 네트워크가 부식되기 시작한다. 반면에, 그래핀 기반 TCE의 금속 네트워크/메쉬는 손상의 징후 없이 온전한 상태로 그래핀 기반 TCE의 내식성 및 견고성을 보여 주었다.4b and 4d show optical microscopy images after ferric chloride (ca. 0.1 M) etch test on Cu mesh and graphene-based TCE with Cu mesh after 30 s of etching, respectively, where the graphene-based TCE and bare metal The metal networks under the graphene in the Bare Metal Network are exposed to the Dilute Etchant Solution for about 30 seconds each. Immediately after exposure, the bare metal network begins to corrode. On the other hand, the metal network/mesh of the graphene-based TCE showed the corrosion resistance and robustness of the graphene-based TCE in an intact state without any signs of damage.
도 4e는 FeCl3 용액에서 에칭 시간에 따른 저항의 변화를 보여준다. 구리 메쉬의 단독 저항은 플롯(검은색 선)으로 도시된 바와 같이 FeCl3 딥(Dip)의 2초 내에 4.3Ω에서 비전도성으로 급격히 변하는 반면, Gr/Cu 메쉬는 꽤 장시간 동안 견딜 수 있으며, 10초 후에도 측정된 저항은 ~13 Ω이고 50초 후에 저항은 플롯(빨간색 선)으로 도시된 ~1100 Ω이다. 이 플롯으로부터, 그래핀 코팅이 FeCl3 용액에서 Cu 메쉬가 부식되는 것을 방지하는 것으로 이해될 수 있다.Figure 4e shows the change in resistance with etching time in FeCl 3 solution. The single resistance of the copper mesh changes rapidly from 4.3Ω to non-conductive within 2 seconds of the FeCl 3 dip, as shown by the plot (black line), whereas the Gr/Cu mesh can withstand quite a long time, 10 The measured resistance even after seconds is ~13 Ω and after 50 seconds the resistance is ~1100 Ω as plotted (red line). From this plot, it can be understood that the graphene coating prevents corrosion of the Cu mesh in FeCl 3 solution.
일 실시예에서, 도 5는 본 발명의 그래핀 기반 TCE에서 연속 전도성 필름으로서 그래핀의 유용성을 입증한다. 도 5(a) 내지 도 5(c) 및 도 5(d) 내지 도 5(f)는 각각 그래핀 기반 TCE 및 금속 네트워크 단독의 SEM 이미지를 예시한다. 금속망 만을 갖는 기판은 금속 메쉬의 비전도성 보이드 영역에서의 충전 효과를 보여주는 반면, 그래핀 기반 TCE의 그래핀에 대한 SEM 측정은 충전 효과를 보여주지 않아 그래핀이 상기 그래핀 기반 TCE의 전도 영역의 연속성을 향상시킨다는 것을 입증한다.In one embodiment, Figure 5 demonstrates the utility of graphene as a continuous conductive film in the graphene-based TCE of the present invention. 5(a)-5(c) and 5(d)-5(f) illustrate SEM images of graphene-based TCE and metal networks alone, respectively. The substrate having only the metal mesh shows the filling effect in the non-conductive void region of the metal mesh, whereas the SEM measurement on graphene of the graphene-based TCE does not show the filling effect, so that the graphene shows the filling effect in the conductive region of the graphene-based TCE. to improve the continuity of
대안의 실시예에서, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 그래핀 기반 TCE의 제조 프로세스에 관한 것으로서, In an alternative embodiment, the present invention relates to a process for manufacturing a graphene-based TCE comprising the steps of:
비변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 가열하는 단계;heating the unstrained substrate and the at least one feeder;
시드락 증기를 비변형된 기판과 접촉시키는 단계;contacting the seedlock vapor with an unstrained substrate;
비변형된 기판을 냉각시켜 비변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 생성하는 단계;cooling the unstrained substrate to produce a graphene coating on the unstrained substrate;
그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 콜로이드 용액을 코팅한 후 건조시켜 크래클 템플릿을 얻는 단계; 및obtaining a crackle template by coating a colloidal solution on a graphene-coated unmodified substrate and then drying; and
크래클 템플릿 상에 금속을 증착시킨 후, 세척하여 그래핀 기반 TCE를 생성 하는 단계를 포함한다.Depositing a metal on the crackle template, and then washing to produce a graphene-based TCE.
일 실시예에서, 비변형된 기판 및 시드락을 포함하는 공급기는 약 1분 내지 120분 범위의 시간 동안 약 10-1 mbar 내지 10-5 mbar 범위의 압력에서 진공하에서 약 400 ℃ 내지 1200 ℃ 범위의 온도로 가열됨으로써, 공급기 상의 시드락은 기화되고 기판은 시드락과 접촉된다. 가열은 가열로에서 행해지고, 여기서 가열로는 소정의 온도로 가열될 수 있는 임의의 전자 가열로이다.In one embodiment, the feeder comprising the unstrained substrate and seedlock is in the range of about 400° C. to 1200° C. under vacuum at a pressure in the range of about 10 −1 mbar to 10 −5 mbar for a time in the range of about 1 minute to 120 minutes. By heating to a temperature of , the seedlock on the feeder is vaporized and the substrate is contacted with the seedlock. The heating is carried out in a heating furnace, wherein the heating furnace is any electronic heating furnace capable of being heated to a predetermined temperature.
대안의 실시예에서, 약 1분 내지 120분 범위의 시간 동안 약 100 sccm 내지 500 sccm 범위의 유량에서 아르곤, 아르곤과 수소의 조합, 또는 질소와 수소의 조합을 포함하는 제어된 분위기 하에서 약 400 ℃ 내지 1200 ℃ 범위의 온도로 가열된 시드락 케어를 포함하는 비변형된 기판 및 공급기로서, 공급기 상의 시드락이 기화되고 기판이 시드락과 접촉된다.In an alternative embodiment, about 400° C. under a controlled atmosphere comprising argon, a combination of argon and hydrogen, or a combination of nitrogen and hydrogen at a flow rate ranging from about 100 sccm to 500 sccm for a time ranging from about 1 minute to 120 minutes An unmodified substrate and feeder comprising seed lock care heated to a temperature in the range of to 1200° C. wherein the seed lock on the feeder is vaporized and the substrate is contacted with the seed lock.
일 실시예에서, 비변형된 기판 및 시드락을 포함하는 적어도 하나의 공급기의 가열은 시드락이 기화 및 비변형된 기판과 접촉하게 하여, 약 25 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 온도로 냉각시 비변형된 기판 상에 그래핀 코팅을 형성한다.In one embodiment, heating the at least one feeder comprising an unstrained substrate and a seed lock causes the seed lock to contact the vaporized and unstrained substrate so that upon cooling to a temperature in the range of about 25° C. to 50° C., the unstrained unstrained. A graphene coating is formed on the substrate.
다른 실시예에서, 냉각 온도는 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃ 또는 약 50 ℃이다.In other embodiments, the cooling temperature is about 25 °C, about 30 °C, about 35 °C, about 40 °C, about 45 °C, or about 50 °C.
일 실시예에서, 비변형된 기판은 석영, 유리, 강화 유리, 운모, 중합체 및 세라믹, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the unstrained substrate is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, mica, polymers and ceramics, or any combination thereof.
일 실시예에서, 콜로이드 용액은 아크릴 수지, 아크릴 수지 나노 입자, 이산화 티탄, 포타슘 테트라옥틸 암모늄 브로마이드, 팔라듐 벤질 티오레이트, 팔라듐 헥사데실티오레이트 커피 분말 및 다른 물질의 콜로이드 나노 입자 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 콜로이드 물질을 포함한다.In one embodiment, the colloidal solution comprises colloidal nanoparticles of acrylic resin, acrylic resin nanoparticles, titanium dioxide, potassium tetraoctyl ammonium bromide, palladium benzyl thiolate, palladium hexadecylthiorate coffee powder and other materials, or any combination thereof. and a colloidal material selected from the group comprising
바람직한 실시예에서, 콜로이드 용액은 크래클 네일 폴리시(중국 광저우 소재의 밍니 코스메틱 사)로서 상업적으로 입수가능한 아크릴 수지 수계 분산액이다.In a preferred embodiment, the colloidal solution is an aqueous dispersion of acrylic resin commercially available as Crackle Nail Polish (Mingni Cosmetics, Guangzhou, China).
일 실시예에서, 콜로이드 용액을 제조하기 위한 용매는 물, 톨루엔, 아세톤, 클로로포름, 에틸 알코올, 이소프로필 알코올, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트 및 메탄올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the solvent for preparing the colloidal solution is selected from the group comprising water, toluene, acetone, chloroform, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl acetate, butyl acetate and methanol or any combination thereof.
일 실시예에서, 본 발명의 프로세스에서, 콜로이드 용액은 약 1 nm 내지 1000 nm 범위, 바람직하게는 약 10 nm 내지 150 nm 범위의 입자 크기를 갖는다.In one embodiment, in the process of the present invention, the colloidal solution has a particle size in the range of about 1 nm to 1000 nm, preferably in the range of about 10 nm to 150 nm.
다른 실시예에서, 본 발명의 프로세스에서, 콜로이드 용액은 약 10 nm, 약 20 nm, 약 30 nm, 약 40 nm, 약 50 nm, 약 60 nm, 약 70 nm, 약 80 nm, 약 90 nm, 약 100 nm, 약 110 nm, 약 120 nm, 약 130 nm, 약 140 nm 또는 약 150 nm의 입자 크기를 갖는다.In another embodiment, in the process of the present invention, the colloidal solution is about 10 nm, about 20 nm, about 30 nm, about 40 nm, about 50 nm, about 60 nm, about 70 nm, about 80 nm, about 90 nm, and a particle size of about 100 nm, about 110 nm, about 120 nm, about 130 nm, about 140 nm, or about 150 nm.
일 실시예에서, 용액 중 콜로이드 물질의 농도는 약 0.05 g/mL 내지 2 g/mL의 범위이다.In one embodiment, the concentration of colloidal material in the solution ranges from about 0.05 g/mL to 2 g/mL.
다른 실시예에서, 용액 중 콜로이드 물질의 농도는 약 0.05 g/mL, 약 0.25 g/mL, 약 0.5 g/mL, 약 0.75 g/mL, 약 l g/mL, 약 1.25 g/mL, 약 1.5 g/mL, 약 1.75 g/mL 또는 약 2g/mL이다.In other embodiments, the concentration of the colloidal material in the solution is about 0.05 g/mL, about 0.25 g/mL, about 0.5 g/mL, about 0.75 g/mL, about l g/mL, about 1.25 g/mL, about 1.5 g /mL, about 1.75 g/mL or about 2 g/mL.
일 실시예에서, 1" x 1" 기판을 코팅하기 위한 콜로이드 분산액의 용적은 약 60 μ1이다.In one embodiment, the volume of colloidal dispersion for coating a 1" x 1" substrate is about 60 μl.
일 실시예에서, 콜로이드 용액은 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 롤 코팅 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 투명 물질 상에 코팅되며, 여기서 콜로이드 용액은 투명 물질 상에 필름을 형성한다.In one embodiment, the colloidal solution is coated on the transparent material by a technique selected from the group comprising spin coating, dip coating, spray coating, roll coating, or any combination thereof, wherein the colloidal solution is a film on the transparent material. to form
일 실시예에서, 그래핀 코팅된 기판 상의 크래클 템플릿은 건조를 통해 개시되는 콜로이드 용액 필름의 크래클링에 의해 형성된다.In one embodiment, the crackle template on the graphene-coated substrate is formed by cracking of a colloidal solution film initiated through drying.
바람직한 실시예에서, 콜로이드 용액은 약 25 ℃ 내지 40 ℃ 범위의 온도에서 약 60초 동안 약 1000 rpm에서 스핀 코팅에 의해 그래핀 코팅된 기판 상에 코팅된다.In a preferred embodiment, the colloidal solution is coated on the graphene coated substrate by spin coating at about 1000 rpm for about 60 seconds at a temperature in the range of about 25 °C to 40 °C.
다른 실시예에서, 스핀 코팅을 위한 온도는 약 25 ℃, 약 27.5 ℃, 약 30 ℃, 약 32.5 ℃, 약 35 ℃, 약 37.5 ℃ 또는 약 40 ℃이다.In other embodiments, the temperature for spin coating is about 25 °C, about 27.5 °C, about 30 °C, about 32.5 °C, about 35 °C, about 37.5 °C, or about 40 °C.
일 실시예에서, 건조는 자가 증발, IR 방사, 노광, 가열, 스피닝, 회전 및 냉각 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 수행된다.In one embodiment, drying is performed by a technique selected from the group comprising self-evaporation, IR radiation, exposure, heating, spinning, rotating and cooling, or any combination thereof.
다른 실시예에서, 건조는 약 -73 ℃ 내지 약 87 ℃ 범위, 바람직하게는 약 25 ℃의 온도에서 수행된다.In another embodiment, drying is carried out at a temperature in the range of about -73 °C to about 87 °C, preferably about 25 °C.
또 다른 실시예에서, 건조는 약 -73 ℃, 약 -65 ℃, 약 -60 ℃, 약 -55 ℃, 약 -50 ℃, 약 -45 ℃, 약 -40 ℃, 약 -35 ℃, 약 -30 ℃, 약 -25 ℃, 약 -20 ℃, 약 -15 ℃, 약 -10 ℃, 약 -5 ℃, 약 0℃, 약 5 ℃, 약 10 ℃, 약 15 ℃, 약 20 ℃, 약 25 ℃, 약 30 ℃, 약 35 ℃, 약 40 ℃, 약 45 ℃, 약 50 ℃, 약 55 ℃, 약 60 ℃, 약 65 ℃, 약 70 ℃, 약 75 ℃, 약 80 ℃, 약 85 ℃ 또는 약 87 ℃의 온도에서 수행된다.In another embodiment, drying is about -73 °C, about -65 °C, about -60 °C, about -55 °C, about -50 °C, about -45 °C, about -40 °C, about -35 °C, about - 30 °C, about -25 °C, about -20 °C, about -15 °C, about -10 °C, about -5 °C, about 0 °C, about 5 °C, about 10 °C, about 15 °C, about 20 °C, about 25 °C, about 30 °C, about 35 °C, about 40 °C, about 45 °C, about 50 °C, about 55 °C, about 60 °C, about 65 °C, about 70 °C, about 75 °C, about 80 °C, about 85 °C or It is carried out at a temperature of about 87 ° C.
일 실시예에서, 크래클 템플릿의 두께는 약 1 μm 내지 4 μm의 범위이다.In one embodiment, the thickness of the crackle template ranges from about 1 μm to 4 μm.
또 다른 실시예에서, 크래클 템플릿의 두께는 약 1 μm, 1.5 μm, 약 2 μm, 약 2.5 μm, 약 3 μm, 약 3.5 μm 또는 약 4 μm이다.In another embodiment, the thickness of the crackle template is about 1 μm, 1.5 μm, about 2 μm, about 2.5 μm, about 3 μm, about 3.5 μm, or about 4 μm.
그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 형성된 크래클 템플릿은 상기 템플릿 상에 금속을 코팅하기 위한 템플릿 마스크로서 작용한다. 코팅된 금속은 메쉬, 와이어 및 박막 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 임의의 형태이다.A crackle template formed on a graphene-coated unstrained substrate acts as a template mask for coating a metal on the template. The coated metal is in any form selected from the group comprising mesh, wire and thin film or any combination thereof.
바람직한 실시예에서, 금속은 금속 와이어의 두께가 약 10 nm - 1 μm 범위, 바람직하게는 약 100 nm인 와이어 형태이다.In a preferred embodiment, the metal is in the form of a wire with a thickness of the metal wire in the range of about 10 nm - 1 μm, preferably about 100 nm.
다른 실시예에서, 금속 와이어의 두께는 약 10 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1μm이다.In other embodiments, the thickness of the metal wire is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm, about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, or about 1 μm.
일 실시예에서, 금속 전구체는 전자 빔 증착(Telemark, 미국) 및 물리 증착 시스템(Hind High Vacuum Co., 인도) 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 크래클 템플릿 상에 코팅된다.In one embodiment, the metal precursor is coated onto the crackle template by a technique selected from the group comprising electron beam deposition (Telemark, USA) and a physical vapor deposition system (Hind High Vacuum Co., India) or a combination thereof.
일 실시예에서, 그래핀 코팅된 비변형된 기판의 크래클 템플릿 상에 금속을 코팅한 후, 변형된 기판은 리프트 오프(lift-off)되며 여기서 크래클 층은 클로로포름에 침지되어 용해된다. 리프트 오프 후 그래핀 코팅된 비변형된 기판은 그 위에 금속 네트워크가 남는다.In one embodiment, after coating the metal on the crackle template of the graphene-coated unstrained substrate, the strained substrate is lifted off, where the crackle layer is dissolved by immersion in chloroform. After lift-off, the graphene-coated unstrained substrate leaves a metallic network on it.
일 실시예에서, 금속은 수은(Hg)을 제외한 임의의 금속 또는 금속 합금일 수 있다.In one embodiment, the metal may be any metal or metal alloy other than mercury (Hg).
비제한적인 실시예에서, 금속은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 이러한 알루미늄(Al)-아연(Zn) 합금(Al 3003), 알루미늄(Al)-실리카(Si) 합금(Al 4343), 구리(Cu)-니켈(Ni), 청동, 니켈(Ni)-크롬(Cr), 강철, 연강 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In a non-limiting embodiment, the metal is copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tin (Sn), aluminum (Al), nickel (Ni) and such aluminum (Al)-zinc (Zn) alloys. (Al 3003), aluminum (Al)-silica (Si) alloy (Al 4343), copper (Cu)-nickel (Ni), bronze, nickel (Ni)-chromium (Cr), steel, mild steel, or a combination thereof. selected from the group comprising.
일 실시예에서, 금속은 물리 증착, 스퍼터링(Sputtering) 및 펄스 레이저 증착(Pulse Laser Deposition) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 프로세스에 의해 수지 용액 필름을 크래클링함으로써 형성된 템플릿 상에 증착된다.In one embodiment, the metal is deposited on a template formed by cracking the resin solution film by a process selected from the group comprising physical vapor deposition, sputtering and pulse laser deposition, or any combination thereof. do.
일 실시예에서, 10 cm x 10 cm 크기의 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 증착된 금속의 양은 약 100 mg 내지 2g 범위, 바람직하게는 약 400 mg이다.In one embodiment, the amount of metal deposited on the graphene-coated unstrained substrate measuring 10 cm x 10 cm is in the range of about 100 mg to 2 g, preferably about 400 mg.
다른 실시예에서, 필름 형태의 금속은 약 10 nm 내지 100 ㎛ 범위, 바람직하게는 약 100 nm의 두께를 갖는다.In another embodiment, the metal in the form of a film has a thickness in the range of about 10 nm to 100 μm, preferably about 100 nm.
또 다른 실시예에서, 금속 필름의 두께는 약 10 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm 또는 약 1 μm이다.In another embodiment, the thickness of the metal film is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm , about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, or about 1 μm.
일 실시예에서, 그래핀 기반 TCE를 위한 비변형된 기판을 형성하는 투명 물질은 비전도성 물질이고, 투명 물질은 석영, 유리, 강화 유리, 운모, 중합체 및 세라믹, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 투명 물질은 시트, 로드, 포일 및 메쉬, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 형태이다.In one embodiment, the transparent material forming the unstrained substrate for the graphene-based TCE is a non-conductive material, and the transparent material comprises quartz, glass, tempered glass, mica, polymers and ceramics, or any combination thereof. selected from the group that The transparent material is in a form selected from the group comprising sheets, rods, foils and meshes, or any combination thereof.
일 실시예에서, 투명 물질은 물, 아세톤 및 이소 프로필 알코올로 세척하고 질소로 퍼지한 후 기판을 형성하는데 사용된다.In one embodiment, the transparent material is used to form the substrate after washing with water, acetone and isopropyl alcohol and purging with nitrogen.
일 실시예에서, 그래핀 기반 TCE를 제조하는 프로세스에서, 공급기는 석영, 유리, 강화 유리, 운모, 중합체 및 세라믹, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, in the process of making a graphene-based TCE, the feeder is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, mica, polymers and ceramics, or any combination thereof.
대안의 실시예에서, 공급기는 약 500 ℃ 내지 4000 ℃ 범위의 높은 융점을 갖는 전도성 물질 및 비전도성 물질을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.In alternative embodiments, the feeder includes, but is not limited to, conductive and non-conductive materials having a high melting point in the range of about 500°C to 4000°C.
일 실시예에서, 공급기의 융점은 약 500 ℃, 약 750 ℃, 약 1000 ℃, 약 1250 ℃, 약 1500 ℃, 약 1750 ℃, 약 2000 ℃, 약 2250 ℃, 약 2500 ℃, 약 2750 ℃, 약 3000 ℃, 약 3250 ℃, 약 3500 ℃, 약 3750 ℃ 또는 약 4000 ℃이다.In one embodiment, the melting point of the feeder is about 500 °C, about 750 °C, about 1000 °C, about 1250 °C, about 1500 °C, about 1750 °C, about 2000 °C, about 2250 °C, about 2500 °C, about 2750 °C, about 3000 °C, about 3250 °C, about 3500 °C, about 3750 °C or about 4000 °C.
다른 실시예에서, 공급기는 시드락 용액을 포함한다.In another embodiment, the feeder comprises a seedlock solution.
비제한적인 실시예에서, 시드락은 알코올에 용해되며, 여기서 알코올은 에탄올, 이소프로판올 및 tert-부틸 알코올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며, 여기서 시드락의 농도는 알코올의 리터당 약 10 g 내지 200 g이다.In a non-limiting embodiment, the seedlock is dissolved in an alcohol, wherein the alcohol is selected from the group comprising ethanol, isopropanol and tert-butyl alcohol or any combination thereof, wherein the concentration of the seedlock is about per liter of alcohol. 10 g to 200 g.
일 실시예에서, 시드락의 농도는 약 10 g, 약 25 g, 약 50 g, 약 75 g, 약 100 g, 약 125 g, 약 150 g, 약 175 g 또는 약 200 g이다.In one embodiment, the concentration of seedlock is about 10 g, about 25 g, about 50 g, about 75 g, about 100 g, about 125 g, about 150 g, about 175 g, or about 200 g.
예시적인 실시예에서, 시드락 용액은 에탄올, 이소프로판올 및 tert-부틸 알콜 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 알콜에서 시드락을 약 25 ℃ 내지 90 ℃, 바람직하게는 약 10분 내지 60분 범위, 바람직하게는 약 30분의 시간 동안 약 25 ℃에서 초음파 처리함으로써 제조된다.In an exemplary embodiment, the sidrac solution is prepared by dissolving the sydrac in an alcohol selected from the group comprising ethanol, isopropanol and tert-butyl alcohol or any combination thereof from about 25°C to 90°C, preferably from about 10 minutes to 60 minutes. It is prepared by sonication at about 25° C. for a time in the range of minutes, preferably about 30 minutes.
예시적인 실시예에서, 시드락 용액은 침지 및 스핀 코팅을 포함하지만 이로 제한되지 않는 기술에 의해 공급기 상에 캐스팅 된 후, 약 1분 내지 10분 범위의 시간 동안 공기 분위기에서 공급기 표면을 건조시키고, 그 후, 상기 공급기는 가열로에 놓인다.In an exemplary embodiment, the seedlock solution is cast onto the feeder by techniques including, but not limited to, dipping and spin coating, followed by drying the feeder surface in an air atmosphere for a time ranging from about 1 minute to 10 minutes; After that, the feeder is placed in a furnace.
비제한적인 실시예에서, 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 두께는 약 1 nm 내지 100 nm의 범위이다. 또한, 그래핀의 두께는 시드락 투여의 농도에 의존한다. 따라서, 소정의 두께의 그래핀을 얻기 위해, 소정량의 시드락이 공급기 상에 코팅될 필요가 있으며, 이에 의해 가열 동안 충분한 양의 시드락이 공급기로부터 증발하여 변형된 기판 상에 증착되어, 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 소정의 두께가 된다. In a non-limiting example, the thickness of the graphene in the graphene-based TCE ranges from about 1 nm to 100 nm. In addition, the thickness of graphene depends on the concentration of Sidrac administration. Therefore, in order to obtain graphene of a certain thickness, a certain amount of seedlock needs to be coated on the feeder, whereby a sufficient amount of seedlock evaporates from the feeder during heating and is deposited on the deformed substrate, so that the graphene-based In TCE, it becomes a predetermined thickness of graphene.
일 실시예에서, 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 두께는 약 1 nm, 약 5 nm, 약 10 nm, 약 15 nm, 약 20 nm, 약 25 nm, 약 30 nm, 약 35 nm, 약 40 nm, 약 45 nm, 약 50 nm, 약 55 nm 약 60 nm, 약 65 nm, 약 70 nm, 약 75 nm, 약 80 nm, 약 85 nm, 약 90 nm, 약 95 nm 또는 약 100nm이다.In one embodiment, the thickness of the graphene in the graphene-based TCE is about 1 nm, about 5 nm, about 10 nm, about 15 nm, about 20 nm, about 25 nm, about 30 nm, about 35 nm, about 40 nm , about 45 nm, about 50 nm, about 55 nm, about 60 nm, about 65 nm, about 70 nm, about 75 nm, about 80 nm, about 85 nm, about 90 nm, about 95 nm or about 100 nm.
바람직한 실시예에서, 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 두께는 약 5 nm이다.In a preferred embodiment, the thickness of the graphene in the graphene-based TCE is about 5 nm.
일 실시예에서, 도 6은 그래핀 코팅된 비변형된, 및 후속 금속 증착에 이어 필름 세척 및 리프트 오프된 크래클 템플릿 필름(콜로이드 필름에서 크랙 형성을 사용하여 제조됨)을 제조하기 위한 실험적인 단계를 도시한다.In one embodiment, FIG. 6 is an experimental diagram for making graphene coated unstrained, and subsequent metal deposition followed by film cleaning and lift-off crackle template films (prepared using crack formation in colloidal films). Steps are shown.
일 실시예에서, 도 7은 충전 캐리어를 수집할 금속 와이어 사이에 새로운 채널을 제공하는 그래핀의 존재로 인해, 금속 네트워크만을 갖는 기판 상의 전도성 영역의 부재 및 하이브리드 그래핀 금속 네트워크에서의 충전의 부재로 인해 충전이 금속 네트워크의 공극에 있음을 도시한다.In one embodiment, Figure 7 shows the absence of conductive regions on the substrate having only the metal network and the absence of charge in the hybrid graphene metal network, due to the presence of graphene providing new channels between the metal wires to collect the charge carriers. shows that due to the filling in the voids of the metal network.
일 실시예에서, 도 8은 상기 그래핀의 다른 영역에서 그래핀의 라만 스펙트럼 및 투과 스펙트럼을 도시한다.In one embodiment, FIG. 8 shows a Raman spectrum and a transmission spectrum of graphene in different regions of the graphene.
일 실시예에서, 도 9는 그래핀 기반 TCE의 접촉각의 측정을 도시한다. 도 9(a) 및 도 9(b)는 Cu 금속 메쉬/석영 TCE에서 탈 이온수의 3 μL 드롭으로 측정된 접촉각의 디지털 이미지를 도시하며 도 9(c) 및 도 9(d)는 그래핀/Cu 메쉬/석영 TCE에 대한 이미지를 도시한다.In one embodiment, Figure 9 shows a measurement of the contact angle of a graphene-based TCE. 9(a) and 9(b) show digital images of contact angles measured with a 3 µL drop of deionized water on a Cu metal mesh/quartz TCE, and FIGS. 9(c) and 9(d) are graphene/quartz TCEs. The image for Cu mesh/quartz TCE is shown.
일 실시예에서, 도 10은 그래핀 코팅된 Cu-메쉬의 내식성 연구를 예시한다. 이 도면은 Cu 메쉬(검정색)와 그래핀 코팅된 Cu 메쉬(빨간색)에 대한 타펠 플롯(스위프 속도: 5 mV/s)을 나타낸다.In one embodiment, Figure 10 illustrates a corrosion resistance study of a graphene coated Cu-mesh. This figure shows a Tafel plot (sweep rate: 5 mV/s) for a Cu mesh (black) and a graphene-coated Cu mesh (red).
일 실시예에서, 그래핀 기반 TCE를 제조하는 프로세스에서, 기화된 시드락은 하이드록실 작용기를 제거함으로써 결합 재배열에 의해 최적화된 실험 조건 하에서 그래핀으로 변환되어 금속 네트워크를 갖는 변형된 기판 상에 대면적 그래핀을 생성하게 하여 그래핀 기반 TCE를 생성한다.In one embodiment, in the process of fabricating graphene-based TCEs, vaporized seedlocks are converted to graphene under optimized experimental conditions by bond rearrangement by removing hydroxyl functional groups, which is then transferred onto a modified substrate with a metal network. A graphene-based TCE is produced by making area graphene to be produced.
예시적인 실시예에서, 본 발명의 프로세스는 약 10 cm x 10 cm의 면적을 갖는 그래핀 기반 TCE를 생성하며, 상기 프로세스는 대면적 그래핀 기반 TCE를 생성하도록 제조될 수 있다.In an exemplary embodiment, the process of the present invention produces a graphene-based TCE having an area of about 10 cm x 10 cm, and the process can be fabricated to produce a large-area graphene-based TCE.
다른 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 10 nm 내지 1100 nm 범위의 두께를 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE has a thickness in the range of about 10 nm to 1100 nm.
또 다른 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 10 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 350 nm, 약 400 nm, 약 450 nm, 약 500 nm, 약 550 nm, 약 600 nm, 약 650 nm, 약 700 nm, 약 750 nm, 약 800 nm, 약 850 nm, 약 900 nm, 약 950 nm, 약 1000 nm, 약 1050 nm 또는 약 1100 nm 의 두께를 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE is about 10 nm, about 50 nm, about 100 nm, about 150 nm, about 200 nm, about 250 nm, about 300 nm, about 350 nm, about 400 nm, about 450 nm , about 500 nm, about 550 nm, about 600 nm, about 650 nm, about 700 nm, about 750 nm, about 800 nm, about 850 nm, about 900 nm, about 950 nm, about 1000 nm, about 1050 nm or about It has a thickness of 1100 nm.
예시적인 실시예에서, 본 발명의 프로세스에 사용된 기화된 시드락은 변형된 및 비변형된 기판 상에 대면적 그래핀을 형성하는 이점을 갖는다. 특히, 매끄럽고 균일한 기판을 요구하는 제한 없이 변형된 기판에 대한 상기 이점을 제공하고, 금속 영역 및 비금속 영역을 포함하지만 이에 제한되지 않는 변형된 기판의 임의의 영역 상에 그래핀을 형성할 수 있다.In an exemplary embodiment, the vaporized seedlock used in the process of the present invention has the advantage of forming large area graphene on strained and unstrained substrates. In particular, it provides the above advantages over strained substrates without the limitations requiring a smooth and uniform substrate, and can form graphene on any region of the strained substrate, including but not limited to metallic and non-metallic regions. .
일 실시예에서, 본 발명은 또한 그래핀 기반 TCE를 생성하기 위한 시스템에 관한 것이다.In one embodiment, the present invention also relates to a system for generating graphene-based TCEs.
예시적인 실시예에서, 그래핀 기반 TCE를 생성하기 위한 시스템은 다음의 구성 요소를 포함한다. 즉,In an exemplary embodiment, a system for generating a graphene-based TCE includes the following components. in other words,
변형된 기판 또는 비변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 고정하기 위한 기판 홀더;a substrate holder for holding a deformed or unstrained substrate and at least one feeder;
변형된 기판 또는 비변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 포함하는 기판 홀더를 가열하기 위한 가열로; 및a furnace for heating a substrate holder comprising a deformed or unstrained substrate and at least one feeder; and
변형된 기판 또는 비변형된 기판을 실온으로 냉각시켜 그래핀 기반 TCE를 생성하는 냉각 장치를 포함한다.and a cooling device for cooling the strained or unstrained substrates to room temperature to produce graphene-based TCEs.
일 실시예에서, 기판 홀더는 변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 기설정된 거리로 유지할 수 있는 임의의 플랫폼이다.In one embodiment, the substrate holder is any platform capable of holding the deformed substrate and the at least one feeder at a predetermined distance.
다른 실시예에서, 기판 홀더는 고온을 유지할 수 있는 물질로 만들어진다.In another embodiment, the substrate holder is made of a material capable of maintaining high temperatures.
또 다른 실시예에서, 기판 홀더는 알루미나(Alumina), 질화 붕소 실리카 믹스(Boron Nitride Silica Mix), 질화 붕소, 석영 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어진다.In another embodiment, the substrate holder is made of a material selected from the group comprising Alumina, Boron Nitride Silica Mix, boron nitride, quartz, or any combination thereof.
일 실시예에서, 가열로는 플랫폼을 기설정된 온도로 가열할 수 있는 임의의 전자 가열로이다. In one embodiment, the furnace is any electronic furnace capable of heating the platform to a predetermined temperature.
일 실시예에서, 본 발명은 전술한 프로세스에 의해 획득된 그래핀 기반 투명 전도성 전극에 관한 것이다.In one embodiment, the present invention relates to a graphene-based transparent conductive electrode obtained by the above-described process.
일 실시예에서, 상기 그래핀 기반 투명 전도성 전극에서의 그래핀은 불투과성이므로 변형된 기판 상의 금속 네트워크를 보호한다.In one embodiment, the graphene in the graphene-based transparent conductive electrode is impermeable and thus protects the metal network on the deformed substrate.
일 실시예에서, 그래핀 기반 투명 전도성 전극은 부식에 강하다.In one embodiment, the graphene-based transparent conductive electrode is resistant to corrosion.
또 다른 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 60 % 내지 85 %의 투과율을 가지며 약 1 Ω/sq 내지 100 Ω/sq의 시트 저항(Rs)을 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE has a transmittance of about 60% to 85% and a sheet resistance (R s ) of about 1 Ω/sq to 100 Ω/sq.
또 다른 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 60 %, 약 65 %, 약 70 %, 약 75 %, 약 80 % 또는 약 85 %의 투과율을 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE has a transmittance of about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, or about 85%.
또 다른 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 1 Ω/sq, 약 10 Ω/sq, 약 20 Ω/sq, 약 30 Ω/sq, 약 40 Ω/sq, 약 50 Ω/sq, 약 60 Ω/sq, 약 70 Ω/sq, 약 80 Ω/sq, 약 90 Ω/sq 또는 약 100 Ω/sq의 시트 저항(Rs)을 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE is about 1 Ω/sq, about 10 Ω/sq, about 20 Ω/sq, about 30 Ω/sq, about 40 Ω/sq, about 50 Ω/sq, about 60 Ω a sheet resistance (R s ) of /sq, about 70 Ω/sq, about 80 Ω/sq, about 90 Ω/sq, or about 100 Ω/sq.
일 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 3.331 x 10-13 m/s의 부식율을 갖는다.In one embodiment, the graphene-based TCE has a corrosion rate of about 3.331 x 10 -13 m/s.
또 다른 실시 형태에서, 그래핀 기반 TCE는 약 91°내지 92° 범위의 접촉각을 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE has a contact angle in the range of about 91° to 92°.
또 다른 실시예에서, 그래핀 기반 TCE는 약 91°, 약 91.25°, 약 91.5°, 약 91.75°또는 약 92°의 접촉각을 갖는다.In another embodiment, the graphene-based TCE has a contact angle of about 91°, about 91.25°, about 91.5°, about 91.75°, or about 92°.
또 다른 실시예에서, 그래핀은 상기 그래핀 기반 TCE에서 전도 영역의 연속성을 향상시키며, 따라서, 그래핀 기반 TCE는 충전 효과를 보이지 않는다.In another embodiment, graphene improves the continuity of the conduction region in the graphene-based TCE, and thus the graphene-based TCE does not show a charging effect.
일 실시예에서, 본 발명의 그래핀 기반 TCE는 광전자 공학(Optoelectronics)과 같은 분야에 적용된다.In one embodiment, the graphene-based TCE of the present invention is applied in fields such as optoelectronics.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 그래핀 기반 TCE는 광전지, 투명 히터, 전자 스마트 윈도우 및 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diodes)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 생성물의 제조에 사용된다.In another embodiment, the graphene-based TCEs of the present invention are used in the manufacture of products selected from the group comprising photovoltaic cells, transparent heaters, electronic smart windows, and light emitting diodes (LEDs).
일 실시예에서, 본 발명은 본 발명의 프로세스에 의해 그래핀 기반 TCE를 제조하는 다음의 이점을 추가로 기술한다.In one embodiment, the present invention further describes the following advantages of fabricating graphene-based TCEs by the process of the present invention.
· 프로세스가 간단하고 어떠한 기판도 아무런 제한 없이 쉽게 코팅할 수 있다.· The process is simple and any substrate can be easily coated without any restrictions.
· 프로세스에는 유해 화학 물질이 사용되지 않으므로 환경 친화적인 프로세스다.· The process is environmentally friendly as no hazardous chemicals are used.
· 종래의 리소그래피(Lithography) 프로세스가 번거롭고 비용이 많이 들기 때문에, 프로세스는 템플릿을 위해 광대한 마스크를 사용하거나 템플릿 형성을 위해 포토레지스트(Photoresist) 및 전자 빔을 적용하는 복잡한 리소그래피 단계를 사용하지 않는다. 그러나, 본 프로세스는 아무런 제한 없이 큰 면적 금속 네트워크를 즉각적으로 생성할 수 있다.· Because conventional lithography processes are cumbersome and expensive, the process does not use extensive masks for templates or complex lithography steps that apply photoresist and electron beams to form templates. However, this process can immediately create a large area metal network without any limitations.
· 크래클 템플릿 상의 금속 증착은 투명 물질에 금속 와이어를 생성하므로, 물질의 와이어 교차점에 조인트가 없다. 이에 의해, 임의의 방향으로 금속 와이어를 놓아야 하는 교차점에서의 접합 저항을 생성하는 종래 기술의 프로세스와 달리, 가열 지점이 없는 전하 캐리어를 위한 연속 터널을 생성한다.· Metal deposition on the crackle template creates metal wires in the transparent material, so there are no joints at the wire intersections in the material. This creates a continuous tunnel for charge carriers with no heating points, unlike prior art processes that create junction resistances at intersections where metal wires must be laid in any direction.
· 본 발명의 프로세스는 종래 기술에 공지된 프로세스와 달리, 그래핀 기반 TCE의 제조를 위해 곡면 상에 그래핀을 코팅할 수 있다.· The process of the present invention can coat graphene on a curved surface for the preparation of graphene-based TCEs, unlike processes known in the prior art.
· 프로세스는 종래 기술에서 알려진 프로세스와 달리, 상업적으로 실행가능하고 경제적이다.· The process is commercially viable and economical, unlike processes known in the prior art.
· 그래핀 기반 TCE를 제조하기 위한 기판의 그래핀 코팅은 불활성 가스를 사용하여 진공 및 제어된 분위기 모두에서 수행될 수 있다.· Graphene coating of substrates to fabricate graphene-based TCEs can be performed in both vacuum and controlled atmosphere using an inert gas.
일 실시예에서, 전술한 설명은 본 발명의 예시이며 제한하기 위한 것이 아니다. 유리 및 석영판과 같지만 이에 제한되지 않는 투명 물질로 형성되는 변형된 또는 비변형된 기판의 모든 가능한 조합에 대한 실무 사례 제공, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 알루미늄(Al)에 제한되지 않는 금속, 및 이러한 알루미늄(Al)-아연(Zn) 합금(Al 3003), 알루미늄(Al)-실리카(Si) 합금(Al 4343), 구리(Cu)--니켈(Ni), 청동, 니켈(Ni)-크롬(Cr), 강철, 연강과 같은 합금; 시간, 온도 및 압력과 같지만 이에 제한되지 않는 프로세스 파라미터는 불필요한 것으로 간주된다.In one embodiment, the foregoing description is illustrative of the invention and not intended to be limiting. Provides practical examples for all possible combinations of strained or unstrained substrates formed of transparent materials such as, but not limited to, glass and quartz plates, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tin (Sn) ), metals including but not limited to aluminum (Al), and these aluminum (Al)-zinc (Zn) alloys (Al 3003), aluminum (Al)-silica (Si) alloys (Al 4343), copper (Cu)-- alloys such as nickel (Ni), bronze, nickel (Ni)-chromium (Cr), steel, mild steel; Process parameters such as but not limited to time, temperature and pressure are considered unnecessary.
본 명세서의 특정 특징에 대해 본 명세서에서 상당한 강조가 이루어졌지만, 다양한 변형이 이루어질 수 있고, 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 바람직한 실시 예에서 많은 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 당업자는 본 명세서에서의 실시예가 본 명세서에 기술된 바와 같은 실시예의 사상 및 범위 내에서 변형되어 실시될 수 있음을 인식할 것이다.Although considerable emphasis has been placed herein on specific features herein, it will be appreciated that various changes may be made and many changes may be made in the preferred embodiment without departing from the principles of the invention. Those skilled in the art will recognize that the embodiments herein can be practiced with modifications within the spirit and scope of the embodiments as described herein.
예시example
예시 1: 그래핀 기반 투명 전도성 전극의 제조Example 1: Preparation of graphene-based transparent conductive electrode
A. 변형된 기판의 제조A. Preparation of deformed substrates
크랙 템플릿 형성을 위한 콜로이드 용액은 약 25 ℃ 내지 40 ℃ 범위의 온도에서 약 1ml의 용매(물 또는 희석제)에 0.4g의 수지 입자를 첨가하고 약 10분 동안용액을 초음파 처리함으로써 제조된다. 콜로이드 용액(약 0.25 ml)을 드롭 캐스팅/스핀 코팅에 의해 석영(투명 물질) 표면 (2" x 2") 위에 코팅한 다음 60초 동안 실온(약 25 ℃)에서 석영을 공기 건조시켜, 크랙 형성(크래클 템플릿)[K. D. M. Rao et al. Adv. 교인. 인터페이스 2014, 1, 1400090 및 Giridhar Udapi Rao et al. (WO2014136039A)는 크래클 템플릿의 형성을 설명함]을 가져온다. 크래클 템플릿은 PVD 챔버 내부에 배치되고 400 mg의 구리 또는 임의의 다른 금속이 로드된다. 챔버는 80분 내지 90분 내에 10-5 내지 10-6 mbar의 압력을 얻기 위해 폐쇄되고 챔버 온도는 25 ℃ 내지 30 ℃로 유지된다. 챔버가 10-5 mbar 압력을 초과하면 금속이 증발한다. 일단 금속 증착이 행해지고 샘플을 꺼내고 클로로포름 용액에 템플릿을 1분 내지 2분 동안 담가서 리프트 오프를 수행하여 콜로이드 물질을 제거하면, 리프트 오프 후 기판은 석영 기판 상에 금속 네트워크가 남는다.A colloidal solution for crack template formation is prepared by adding 0.4 g of resin particles to about 1 ml of a solvent (water or diluent) at a temperature ranging from about 25° C. to 40° C. and sonicating the solution for about 10 minutes. A colloidal solution (about 0.25 ml) was coated onto a quartz (transparent material) surface (2" x 2") by drop casting/spin coating, followed by air drying the quartz at room temperature (about 25 °C) for 60 seconds to form cracks (crackle template) [KDM Rao et al. Adv. clergyman.
B. 그래핀 기반 TCE를 생성하기 위해 변형된 기판에 그래핀 코팅B. Graphene Coating on Modified Substrates to Generate Graphene-Based TCEs
시드락 전구체의 용액(약 100 mg/mL)은 약 25 ℃ 내지 90 ℃ 범위의 온도에서 약 15분 동안 자기 교반기를 사용하여 약하게 혼합함으로써 약 100 ml 용적의 이소프로판올 용매 중 시드락 10 g을 첨가함으로써 제조된다. 상기 용액은 오염을 해결하기 위해 약 2시간 내지 3시간 동안 정지 상태로 그대로 유지된다. 시드락 용액(약 1.5 ml)을 드롭 캐스팅에 의해 석영(공급기) 표면 (2 " x 2") 위에 코팅한다.A solution of the seedrac precursor (about 100 mg/mL) was prepared by adding 10 g of seedlock in a volume of about 100 ml of isopropanol solvent by gentle mixing using a magnetic stirrer for about 15 minutes at a temperature ranging from about 25 °C to 90 °C. manufactured. The solution remains stationary for about 2 to 3 hours to clear the contamination. A seedlock solution (approximately 1.5 ml) is coated onto a quartz (feeder) surface (2″×2″) by drop casting.
시드락 용액을 갖는 공급기가 변형된 기판으로부터 멀리 떨어져 있지만, 전자로부터 형성된 증기가 변형된 기판에서 블랭크 금속 메쉬를 둘러싸도록 동일한 가열 구역에서 유지되는, 도 1에 기술된 바와 같은 실험 설정이 사용된다. 전기 가열로를 사용하여 약 10-2 mbar의 압력에서 진공 하에서 약 15분 동안 약 780 ℃의 온도로 챔버를 가열한 후, 변형된 기판을 실온으로 냉각시킴으로써, 변형된 기판 상에 그래핀[IN201621041721는 시드락으로부터 그래핀을 형성하는 프로세스를 기술함]을 형성하여 그래핀 기반 TCE를 얻는다.An experimental setup as described in Figure 1 is used, wherein the feeder with the seedlock solution is remote from the deformed substrate, but maintained in the same heating zone such that the vapor formed from the electrons surrounds the blank metal mesh in the deformed substrate. After heating the chamber to a temperature of about 780 ° C. for about 15 minutes under vacuum at a pressure of about 10 −2 mbar using an electric heating furnace, the deformed substrate was cooled to room temperature, whereby graphene [IN201621041721 describes a process for forming graphene from a seedlock] to obtain a graphene-based TCE.
예시 2: 그래핀 기반 투명 전도성 전극(TCE)의 특성Example 2: Characteristics of a graphene-based transparent conductive electrode (TCE)
얻어진 하이브리드 금속 메쉬 그래핀 전극은 FESEM, 라만 및 UV-vis 분광법으로 특징 지어진다[도 3.b].The obtained hybrid metal mesh graphene electrode was characterized by FESEM, Raman and UV-vis spectroscopy [Fig. 3.b].
고해상도 SEM 이미지는 그래핀 기반 TCE의 그래핀에 구조적 결함이 없음을 보여준다[도 2(f)]. 상기 그래핀 기반 TCE의 광학 이미지(a-c) 및 SEM(d-f) 이미지는 도 2에 도시되어 있다.The high-resolution SEM image shows that the graphene of the graphene-based TCE has no structural defects (Fig. 2(f)). Optical images (a-c) and SEM (d-f) images of the graphene-based TCE are shown in FIG. 2 .
라만 스펙트럼 데이터는 그래핀 기반 TCE에서 금속 메쉬 상에 그래핀의 존재를 확인한다[도 3]. 라만 스펙트럼 데이터는 그래핀 기반 TCE에서 그래핀의 투과 스펙트럼을 추가로 나타내며, 여기서 광학 투과/투과율은 가시 범위에서 약 60 % 내지 85 %이다. 그래핀 기반 TCE는 1 Ω/sq 내지 100 Ω/sq의 Rs로 상기 그래핀 영역 전체에서 전도되는 것으로 밝혀졌다 [도 3에 도시됨]. 그래핀 기반 TCE에 의해 보여지는 감소된 Rs는 금속 메쉬 네트워크와 그래핀의 결합 효과에 기인한다.Raman spectral data confirms the presence of graphene on the metal mesh in graphene-based TCE [Fig. 3]. The Raman spectral data further shows the transmission spectrum of graphene in the graphene-based TCE, where the optical transmission/transmission is about 60% to 85% in the visible range. Graphene-based TCEs were found to conduct throughout the graphene region with R s of 1 Ω/sq to 100 Ω/sq (shown in FIG. 3 ). The reduced R s shown by the graphene-based TCE is due to the bonding effect of the graphene with the metal mesh network.
본 발명의 그래핀 기반 TCE의 보호 특성을 나타내기 위해 구리 금속 메쉬를 갖는 그래핀 기반 TCE를 베어 구리 메쉬 기판과 비교한다. 구리 메쉬 및 베어 구리 메쉬 기판을 갖는 그래핀 기반 TCE는 각각 약 50초 동안 희석된 염화 제2 철 용액에 노출된다. 약 3초 동안 노출된 후, 구리 메쉬를 갖는 그래핀 기반 TCE는 적어도 약 30초 동안 전도성을 유지하면서 베어 구리 메쉬 기판은 절연 상태가 된다 [도 4에 도시됨]. 이것은 그래핀 기반 투명 전도성 전극(TCE)의 개선된 내구성을 입증한다. 표 1은 에칭 용액에 노출시 베어 구리 메쉬 기판 및 그래핀 기반 TCE에 의해 입증된 저항을 도시한다.A graphene-based TCE with a copper metal mesh is compared with a bare copper mesh substrate to show the protective properties of the graphene-based TCE of the present invention. Graphene-based TCEs with copper mesh and bare copper mesh substrates were each exposed to a diluted ferric chloride solution for about 50 s. After exposure for about 3 seconds, the graphene-based TCE with copper mesh remains conductive for at least about 30 seconds while the bare copper mesh substrate becomes insulative (shown in Fig. 4). This demonstrates the improved durability of graphene-based transparent conductive electrodes (TCE). Table 1 shows the resistance demonstrated by bare copper mesh substrate and graphene-based TCE upon exposure to etching solution.
그래핀 기반 TCE의 전도 특성의 연속성은 SEM 측정에 의해 분석된다. 그래핀 기반 TCE의 SEM 측정은 베어 메탈 메쉬 기판의 SEM 측정과 비교된다. SEM 결과는 베어 메탈 메쉬 기판의 비전도성 영역에서의 충전을 보여준다. TCE에 그래핀이 존재하면 전하 캐라어를 수집하고 전도 표면의 연속성을 향상시키는 전도 경로를 제공한다[도 5].The continuity of the conduction properties of graphene-based TCEs is analyzed by SEM measurements. The SEM measurement of graphene-based TCE is compared with the SEM measurement of the bare metal mesh substrate. The SEM results show the filling in the non-conductive region of the bare metal mesh substrate. The presence of graphene in the TCE provides a conduction pathway that collects charge carriers and enhances the continuity of the conducting surface [Figure 5].
표 1: 에칭 용액에 노출시 베어 구리 메쉬 기판 및 그래핀 기반 TCE에 의해 나타나는 저항.Table 1: Resistance exhibited by bare copper mesh substrates and graphene-based TCEs upon exposure to etching solution.
표 2: Cu 메쉬/석영과 gr/Cu 메쉬/석영 샘플의 다른 위치에서 측정된 3세트의 값에 대한 접촉각 데이터.Table 2: Contact angle data for three sets of values measured at different locations of Cu mesh/quartz and gr/Cu mesh/quartz samples.
Cu-메쉬 상의 그래핀의 내식성은 3개의 전극 구성에서 CH 기구(모델: CH660E, 미국 오스틴)를 사용하는 전기 화학적 조사에 의해 연구된다.The corrosion resistance of graphene on Cu-mesh is studied by electrochemical investigation using a CH instrument (model: CH660E, Austin, USA) in a three-electrode configuration.
종래의 3-전극 구성에서, Cu-메쉬 또는 그래핀 코팅된 Cu-메쉬는 작동 전극으로, Pt는 카운터 전극으로, 표준 Ag/AgCl은 기준 전극으로 사용된다. 작동 전극의 면적은 실온(25 ℃)에서 0.1 M NaCl 전해질에서 Cu-메쉬 및 그래핀 코팅된 Cu-메쉬 각각에 대해 0.98 cm2 및 1.28 cm2이다. 음극 및 양극 분극 측정은 5 mV/s의 스캔 속도로 수행된다. 부식 전위(Ecorr) 및 부식 전류(Icorr)는 타펠 편광 곡선에서 추정하여 도출된다. 부식율은 다음 식을 사용하여 계산된다.In a conventional three-electrode configuration, a Cu-mesh or graphene-coated Cu-mesh is used as the working electrode, Pt as the counter electrode, and standard Ag/AgCl as the reference electrode. The area of the working electrode is 0.98 cm 2 and 1.28 cm 2 for Cu-mesh and graphene-coated Cu-mesh, respectively, in 0.1 M NaCl electrolyte at room temperature (25° C.). Cathodic and anode polarization measurements were performed at a scan rate of 5 mV/s. The corrosion potential (Ecorr) and the corrosion current (Icorr) are derived by estimation from the Tafel polarization curve. The corrosion rate is calculated using the following equation.
CR = (Icorr x K x EW)/(ρ x A) CR = (Icorr x K x EW)/(ρ x A)
여기서 부식율 상수 K = 3272 mm/년, Cu의 경우 등가 중량 EW = 31.7g, Cu의 경우 물질 밀도 ρ = 8.94 g/cm3, 샘플 영역 A는 cm2 단위, 및 Icorr은 A/cm2 단위의 전류 밀도이다.where the corrosion rate constant K = 3272 mm/year, for Cu equivalent weight EW = 31.7 g, for Cu material density ρ = 8.94 g/cm 3 , sample area A in cm 2 , and Icorr in A/cm 2 is the current density of
하부 Cu-메쉬에 대한 그래핀의 내식성은 전기 화학적 측정을 사용하여 연구되었다[그림 10]. 타펠 분석[그림 1]을 사용하여 그래핀/Cu-메쉬에 대한 타펠 분극 곡선은 베어 Cu-메쉬(-15 mV)에 비해 부식 전위의 양의 변화(181 mV)와 낮은 부식 전류를 보여준다. 부식 전류(Icorr) 값은 각각 그래핀/Cu-메쉬 및 Cu-메쉬에 대해 1.159 x 10-6 Acm-2 및 4.63 x 10-5 Acm-2인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 부식율은 각각 3.331 x 10-13 m/s 및 1.738 x 10-11 m/s인 것으로 추정된다. 베어 Cu-메쉬와 비교하여 그래핀/Cu-메쉬의 부식율은 13배 낮다는 것이 중요하다.The corrosion resistance of graphene to the underlying Cu-mesh was studied using electrochemical measurements [Fig. 10]. Tafel polarization curves for graphene/Cu-mesh using Tafel analysis [Fig. 1] show a positive change in corrosion potential (181 mV) and lower corrosion current compared to bare Cu-mesh (-15 mV). Corrosion current (Icorr) values were found to be 1.159 x 10 -6 Acm -2 and 4.63 x 10 -5 Acm -2 for graphene/Cu-mesh and Cu-mesh, respectively. Therefore, the corrosion rates are estimated to be 3.331 x 10 -13 m/s and 1.738 x 10 -11 m/s, respectively. It is important to note that the corrosion rate of graphene/Cu-mesh compared to bare Cu-mesh is 13 times lower.
예시 3: 본 발명의 대안의 프로세스에 의해 제조된 그래핀 기반 투명 전극의 제조.Example 3: Fabrication of a graphene-based transparent electrode prepared by an alternative process of the present invention.
시드락 용액을 갖는 공급기는 기판(석영)으로부터 멀리 떨어져 있지만, 공급기로부터 형성된 증기가 블랭크 기판을 둘러싸도록 동일한 가열 구역 내에 있고, 반면에 챔버는 전기 가열로를 사용하여 약 780 ℃의 온도로 약 10-2 mbar의 압력에서 진공하에 약 15분 동안 가열된 후, 기판을 실온으로 냉각시켜, 석영 상에 그래핀을 형성한다. 실험 설정이 도 6에 도시되어 있다.The feeder with the seedlock solution is remote from the substrate (quartz), but in the same heating zone so that the vapor formed from the feeder surrounds the blank substrate, while the chamber is heated to a temperature of about 780° C. using an electric furnace. After heating for about 15 minutes under vacuum at a pressure of -2 mbar, the substrate is cooled to room temperature to form graphene on quartz. The experimental setup is shown in FIG. 6 .
크랙 템플릿 형성을 위한 콜로이드 용액은 약 5분 동안 자기 교반기를 사용하여 약하게 혼합하여 약 25 ℃ 내지 40 ℃ 범위의 온도에서 약 100 ml의 용매 중 0.4 g/1의 수지성 입자를 첨가한 후, 약 10분 동안 용액을 초음파 처리함으로써 제조된다. 콜로이드 용액(약 0.25 ml)을 드롭 캐스팅/스핀 코팅에 의해 그래핀 코팅된 기판 표면(2 " x 2")에 코팅한 다음 60초 동안 실온(약 25 ℃)에서 공기 건조하여 기판상에 크랙 형성을 가져온다. 크래클 템플릿은 PVD 챔버 내부에 배치되고 400 mg의 구리 또는 임의의 다른 금속이 로드된다. 챔버는 80분 내지 90분 내에 10-5 내지 10-6 mbar의 압력을 얻기 위해 폐쇄되고 챔버 온도는 25 ℃ 내지 30 ℃로 유지된다. 챔버가 10-5 mbar 압력을 초과하면 금속이 증발한다. 일단 금속 증착이 행해지고 샘플을 꺼내고 클로로포름 용액에 템플릿을 1분 내지 2분 동안 담가서 리프트 오프를 수행하여 콜로이드 물질을 제거하면, 리프트 오프 후 기판은 석영 기판 상에 금속 네트워크가 남는다.The colloidal solution for forming the crack template is mixed gently using a magnetic stirrer for about 5 minutes at a temperature in the range of about 25° C. to 40° C. After adding 0.4 g/1 of the resinous particles in about 100 ml of a solvent, about It is prepared by sonicating the solution for 10 minutes. A colloidal solution (about 0.25 ml) was coated on a graphene-coated substrate surface (2" x 2") by drop casting/spin coating, followed by air drying at room temperature (about 25 °C) for 60 seconds to form cracks on the substrate brings A crackle template is placed inside the PVD chamber and loaded with 400 mg of copper or any other metal. The chamber is closed to obtain a pressure of 10 -5 to 10 -6 mbar within 80 to 90 minutes and the chamber temperature is maintained at 25° C. to 30° C. When the chamber exceeds a pressure of 10 -5 mbar, the metal evaporates. Once the metal deposition is done, the sample is taken out and the colloidal material is removed by lifting off by immersing the template in chloroform solution for 1 to 2 minutes, after lift off the substrate is left with a metal network on the quartz substrate.
예시 4: 본 발명의 대안의 프로세스에 의해 제조된 그래핀 기반 투명 전도성 전극의 특성Example 4: Properties of Graphene-Based Transparent Conductive Electrodes Made by Alternative Processes of the Invention
얻어진 그래핀 기반 투명 전도성 전극은 FESEM, 라만 및 자외선 가시광 흡수 분광법(UV-vis Spectroscopy)에 의해 특징지어 진다.The obtained graphene-based transparent conductive electrode was characterized by FESEM, Raman and UV-vis spectroscopy.
라만 스펙트럼 측정은 그래핀 기반 TCE에서 금속 메쉬 아래에 그래핀의 존재를 확인한다. 라만 스펙트럼 데이터는 그래핀 기반 TCE의 투과 스펙트럼을 더 보여주며, 여기서 투과성은 흡수 특성이 없는 60 % 내지 85 %이다(도 7c에 도시됨).Raman spectral measurements confirm the presence of graphene under the metal mesh in graphene-based TCEs. The Raman spectral data further shows the transmission spectrum of the graphene-based TCE, where the transmission is between 60% and 85% with no absorption properties (shown in Fig. 7c).
그래핀 기반 TCE는 약 6.5 Ω/sq의 시트 저항(Rs)을 갖는 상기 그래핀 영역 전체에 걸쳐 전도되는 것으로 밝혀졌다. 그래핀 기반 TCE에 의해 보여지는 감소된 Rs는 금속 메쉬 네트워크와 그래핀 필름의 결합 효과에 기인한다.A graphene-based TCE was found to conduct throughout the graphene region with a sheet resistance (R s ) of about 6.5 Ω/sq. The reduced Rs shown by the graphene-based TCE is due to the bonding effect of the metal mesh network and the graphene film.
도 8은 그래핀 기반 투명 전도성 전극의 연속 전도성을 입증한다. 도 8은 베어 메탈 메쉬 기판(d-f) 및 그래핀 기반 TCE(a-c)의 SEM 측정을 예시하며, 여기서 베어 메탈 메쉬 기판의 비전도성 영역에서의 충전이 관찰된다. 한편, 그래핀 기반 TCE에 그래핀의 존재는 전하 캐리어를 수집하기 위한 전도 경로를 제공하고 전도 표면의 연속성을 향상시킨다.8 demonstrates the continuous conductivity of a graphene-based transparent conductive electrode. Figure 8 illustrates SEM measurements of bare metal mesh substrates (d-f) and graphene-based TCEs (a-c), where charging in the non-conductive region of the bare metal mesh substrate is observed. On the other hand, the presence of graphene in graphene-based TCEs provides a conductive path for collecting charge carriers and improves the continuity of the conductive surface.
구리 이외에도, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 이러한 알루미늄 (Al)-아연(Zn) 합금(Al 3003), 알루미늄(Al)-실리카(Si) 합금(Al 4343), 구리(Cu)-니켈(Ni), 청동, 니켈(Ni)-크롬(Cr), 강철, 연강과 같은 합금도 그래핀 기반 TCE를 제조하는데 사용될 수 있다.In addition to copper, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tin (Sn), aluminum (Al), nickel (Ni) and these aluminum (Al)-zinc (Zn) alloys (Al 3003), aluminum Alloys such as (Al)-silica (Si) alloy (Al 4343), copper (Cu)-nickel (Ni), bronze, nickel (Ni)-chromium (Cr), steel, and mild steel are also used to fabricate graphene-based TCEs. can be used
Claims (23)
변형된 기판 또는 비변형된 기판, 및 적어도 하나의 공급기(Feeder)를 가열하는 단계 - 상기 적어도 하나의 공급기는 시드락(Seedlac)을 포함하며, 상기 변형된 기판은, 크랙된(Cracked) 금속을 갖는 투명 물질을 포함함-;
상기 시드락을 포함하는 상기 적어도 하나의 공급기의 상기 가열에 의하여 형성된 상기 시드락의 증기를 상기 변형된 기판 또는 상기 비변형된 기판과 접촉시키는 단계; 를 포함하며, 또한
(i) 상기 시드락의 상기 증기와 접촉한 상기 변형된 기판을 냉각시켜 상기 변형된 기판 상에 그래핀의 코팅을 획득하여 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계; 및
(ii) 상기 시드락의 상기 증기와 접촉한 상기 비변형된 기판을 냉각시켜 상기 비변형된 기판 상에 그래핀의 코팅을 획득한 후, 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판을 금속으로 코팅하고, 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판을 세척하여 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계; 중 어느 하나를 포함하는 프로세스.A process for manufacturing a graphene-based transparent conductive electrode (TCE), the process comprising:
heating the strained or unstrained substrate, and at least one feeder, the at least one feeder comprising a Seedlac, the strained substrate comprising: cracked metal; containing a transparent material having -;
contacting the vapor of the seed lock formed by the heating of the at least one feeder comprising the seed lock with the strained or unstrained substrate; includes, and also
(i) cooling the strained substrate in contact with the vapor of the seed lock to obtain a coating of graphene on the strained substrate to produce a graphene-based TCE; and
(ii) cooling the unstrained substrate in contact with the vapor of the seed lock to obtain a coating of graphene on the unstrained substrate, then coating the graphene-coated unstrained substrate with a metal; , generating a graphene-based TCE by washing the graphene-coated unstrained substrate; A process involving any one of.
상기 변형된 기판은, 상기 크랙된 금속을 갖는 상기 투명 물질을 포함하되, 선택적으로 콜로이드 필름(Colloidal Film)도 함께 포함하고;
상기 기판 및 상기 적어도 하나의 공급기는, 1분 내지 120분 범위의 시간 동안 10-1 mbar 내지 10-5 mbar 범위의 압력으로 진공 상태에서, 또는 1분 내지 120분 범위의 시간 동안 100 sccm 내지 500 sccm 범위의 유량을 갖는 아르곤, 질소 및 수소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 제어된 대기(Atmosphere) 상태에서 400 ℃ 내지 1200 ℃ 범위의 온도로 가열되는 프로세스.According to claim 1,
said deformed substrate comprising said transparent material having said cracked metal, optionally also comprising a colloidal film;
The substrate and the at least one feeder are in vacuum at a pressure ranging from 10 -1 mbar to 10 -5 mbar for a time ranging from 1 minute to 120 minutes, or from 100 sccm to 500 sccm for a time ranging from 1 minute to 120 minutes. A process heated to a temperature ranging from 400° C. to 1200° C. in a controlled atmospheric condition comprising argon, nitrogen and hydrogen, or any combination thereof, having a flow rate in the range of sccm.
상기 공급기는, 상기 시드락을 10 g/1 내지 200 g/l 범위의 농도로 포함하고; 상기 공급기는 석영, 유리, 강화 유리, 운모(Mica), 중합체(Polymer) 및 세라믹, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
상기 변형된 기판 또는 상기 비변형된 기판, 및 상기 적어도 하나의 공급기를 가열하는 단계에 앞서, 상기 시드락은, 용액 형태로, 스핀 코팅, 침지(Dipping), 분무, 바 코팅(Bar Coating), 슬롯 코팅 및 드롭 코팅 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 상기 공급기 상에 캐스팅된(Casted) 후, 1분 내지 10분 범위의 시간 동안 정상적인 대기압에서 상기 시드락을 포함하는 상기 공급기를 건조시키는 프로세스.According to claim 1,
said feeder comprising said seedlock in a concentration ranging from 10 g/1 to 200 g/l; the feeder is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, Mica, Polymer and ceramic, or any combination thereof;
Prior to the step of heating the deformed or undeformed substrate, and the at least one feeder, the seed lock, in solution form, is subjected to spin coating, dipping, spraying, bar coating, and said seedlock comprising said seedlock at normal atmospheric pressure for a time ranging from 1 minute to 10 minutes after being cast onto said feeder by a technique selected from the group comprising slot coating and drop coating or any combination thereof. The process of drying the feeder.
상기 변형된 기판 또는 상기 비변형된 기판, 및 상기 시드락을 포함하는 상기 적어도 하나의 공급기의 상기 가열은 상기 시드락을 기화시키고 상기 변형된 기판 또는 상기 비변형된 기판과 접촉시켜, 25 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 온도로 냉각시 상기 기판 상에 그래핀 코팅을 형성하는 프로세스.According to claim 1,
Said heating of said strained or said unstrained substrate, and said at least one feeder comprising said seed lock, vaporizes said seed lock and contacts said strained or unstrained substrate, at 25 °C to about 25 °C. A process for forming a graphene coating on the substrate upon cooling to a temperature in the range of 50 °C.
상기 변형된 기판은,
상기 투명 물질 상에 콜로이드 용액을 코팅하는 단계;
상기 투명 물질 상에서 상기 콜로이드 용액을 건조시켜 크래클 템플릿(Crackle Template)을 획득하는 단계; 및
상기 크래클 템플릿 상에 금속을 코팅한 후, 상기 크래클 템플릿을 세척하여 상기 변형된 기판을 획득하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 생성되는 프로세스.According to claim 1,
The deformed substrate is
coating a colloidal solution on the transparent material;
obtaining a crackle template by drying the colloidal solution on the transparent material; and
after coating a metal on the crackle template, cleaning the crackle template to obtain the deformed substrate.
상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 콜로이드 용액을 코팅하는 단계;
상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에서 상기 콜로이드 용액을 건조시켜 상기 기판 상에 크래클 템플릿을 획득하는 단계; 및
상기 크래클 템플릿 상에 상기 금속을 코팅한 후, 상기 크래클 템플릿을 세척하여 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 상기 금속의 코팅을 획득하는 단계를 포함하는 프로세스에 의하여,
상기 금속이 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 코팅되는 프로세스.According to claim 1,
coating a colloidal solution on the graphene-coated unstrained substrate;
drying the colloidal solution on the graphene-coated unmodified substrate to obtain a crackle template on the substrate; and
After coating the metal on the crackle template, washing the crackle template to obtain a coating of the metal on the graphene-coated unstrained substrate,
wherein the metal is coated onto the graphene coated unstrained substrate.
상기 콜로이드 용액은 아크릴 수지, 아크릴 수지 나노 입자, 이산화 티탄(Titanium Dioxide), 포타슘 테트라옥틸 암모늄 브로마이드(Potassium Tetraoctyl Ammonium Bromide), 팔라듐 벤질 티오 레이트(Palladium Benzyl Thiolate), 팔라듐 헥사데실티오레이트 커피 분말(Palladium Hexadecylthiolate Coffee Powder) 및 다른 물질의 콜로이드 나노 입자 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며;
상기 콜로이드 용액은 1 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가지며;
상기 콜로이드 용액 중의 용매는 물, 톨루엔(Toluene), 아세톤(Acetone), 클로로포름(Chloroform), 에틸 알코올, 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol), 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸 아세테이트(Butyl Acetate) 및 메탄올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
상기 투명 물질은 석영, 유리, 강화 유리, 운모, 중합체 및 세라믹 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며;
상기 투명 물질은 시트, 로드(Rod), 호일 및 메쉬(Mesh), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 형태인 프로세스.7. The method of claim 5 or 6,
The colloidal solution is acrylic resin, acrylic resin nanoparticles, titanium dioxide (Titanium Dioxide), potassium tetraoctyl ammonium bromide (Potassium Tetraoctyl Ammonium Bromide), Palladium Benzyl Thiolate (Palladium Benzyl Thiolate), Palladium hexadecyl thiolate coffee powder (Palladium) Hexadecylthiolate Coffee Powder) and colloidal nanoparticles of other substances or any combination thereof;
the colloidal solution has a particle size in the range of 1 nm to 1000 nm;
The solvent in the colloidal solution is water, toluene, acetone, chloroform, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl acetate (Ethyl Acetate), butyl acetate (Butyl Acetate) and methanol or selected from the group comprising any combination thereof;
the transparent material is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, mica, polymers and ceramics, or any combination thereof;
wherein the transparent material is in a form selected from the group comprising a sheet, a rod, a foil and a mesh, or any combination thereof.
상기 콜로이드 용액은 아크릴 수지, 아크릴 수지 나노 입자, 이산화 티탄(Titanium Dioxide), 포타슘 테트라옥틸 암모늄 브로마이드(Potassium Tetraoctyl Ammonium Bromide), 팔라듐 벤질 티오 레이트(Palladium Benzyl Thiolate), 팔라듐 헥사데실티오레이트 커피 분말(Palladium Hexadecylthiolate Coffee Powder) 및 다른 물질의 콜로이드 나노 입자 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며;
상기 콜로이드 용액은 1 nm 내지 1000 nm 범위의 입자 크기를 가지며;
상기 콜로이드 용액 중의 용매는 물, 톨루엔(Toluene), 아세톤(Acetone), 클로로포름(Chloroform), 에틸 알코올, 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol), 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸 아세테이트(Butyl Acetate) 및 메탄올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
상기 비변형된 기판은 석영, 유리, 강화 유리, 운모, 중합체 및 세라믹 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 프로세스.7. The method of claim 6,
The colloidal solution is acrylic resin, acrylic resin nanoparticles, titanium dioxide (Titanium Dioxide), potassium tetraoctyl ammonium bromide (Potassium Tetraoctyl Ammonium Bromide), Palladium Benzyl Thiolate (Palladium Benzyl Thiolate), Palladium hexadecyl thiolate coffee powder (Palladium) Hexadecylthiolate Coffee Powder) and colloidal nanoparticles of other substances or any combination thereof;
the colloidal solution has a particle size in the range of 1 nm to 1000 nm;
The solvent in the colloidal solution is water, toluene, acetone, chloroform, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl acetate (Ethyl Acetate), butyl acetate (Butyl Acetate) and methanol or selected from the group comprising any combination thereof;
wherein the unstrained substrate is selected from the group comprising quartz, glass, tempered glass, mica, a polymer and a ceramic or any combination thereof.
상기 금속은 니켈, 구리, 알루미늄, 크롬, 텅스텐, 청동, 틴 골드(Tin Gold) 및 합금 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며,
상기 합금은 강철(SS 904), 연강, Al-Zn 합금(Al 3003), Al-Si 합금(Al 4343), Cu-Ni 및 Ni-Cr, 청동 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
상기 콜로이드 용액은 스핀 코팅, 딥 코팅(Dip Coating), 스프레이 코팅, 롤 코팅(Roll Coating) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 상기 투명 물질 또는 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 코팅되고;
상기 투명 물질 또는 상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상의 상기 크래클 템플릿은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 온도에서 필름을 건조 또는 어닐링(Annealing)하는 동안 상기 콜로이드 용액의 필름을 크래클링(Crackling)하여 형성되는 프로세스.7. The method of claim 5 or 6,
wherein the metal is selected from the group comprising nickel, copper, aluminum, chromium, tungsten, bronze, tin gold and an alloy or any combination thereof,
the alloy is selected from the group comprising steel (SS 904), mild steel, Al-Zn alloy (Al 3003), Al-Si alloy (Al 4343), Cu-Ni and Ni-Cr, bronze or any combination thereof become;
The colloidal solution is coated with the transparent material or the graphene coated unstrained material by a technique selected from the group comprising spin coating, dip coating, spray coating, roll coating, or any combination thereof. coated on a substrate;
The crackle template on the transparent material or the graphene-coated unstrained substrate is formed by cracking the film of the colloidal solution while drying or annealing the film at a temperature in the range of 30°C to 100°C. the process being formed.
상기 금속은, 전자 빔 증착(Electron Beam Evaporation) 및 물리 증착 시스템(Physical Vapour Deposition System), 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 상기 크래클 템플릿 상에 코팅되고;
상기 금속은, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 주석(Sn), 알루미늄(Al) 및 이러한 알루미늄(Al)-아연(Zn) 합금(Al 3003), 알루미늄(Al)-실리카(Si) 합금(Al 4343), 구리(Cu)-니켈(Ni), 청동, 니켈(Ni)-크롬(Cr), 강철, 연강, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
상기 세척은 클로로포름(Chloroform)으로 수행되고;
상기 세척은 상기 금속에 결합되지 않은 상기 콜로이드 용액의 필름을 제거하는 프로세스.7. The method of claim 5 or 6,
the metal is coated onto the crackle template by a technique selected from the group comprising Electron Beam Evaporation and Physical Vapor Deposition System, or a combination thereof;
The metal is silver, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), tin (Sn), aluminum (Al) and these aluminum (Al)-zinc (Zn) alloys (Al 3003), aluminum (Al)- silica (Si) alloy (Al 4343), copper (Cu)-nickel (Ni), bronze, nickel (Ni)-chromium (Cr), steel, mild steel, or any combination thereof;
the washing is performed with chloroform;
The washing is a process of removing a film of the colloidal solution that is not bound to the metal.
상기 프로세스는,
변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 가열하는 단계;
시드락 증기를 상기 변형된 기판과 접촉시키는 단계; 및
상기 변형된 기판을 냉각시켜 상기 변형된 기판 상에 그래핀의 코팅을 획득하여 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계를 포함하는 프로세스.According to claim 1,
The process is
heating the deformed substrate and the at least one feeder;
contacting the seed lock vapor with the deformed substrate; and
cooling the strained substrate to obtain a coating of graphene on the strained substrate to produce a graphene-based TCE.
상기 프로세스는,
비변형된 기판 및 적어도 하나의 공급기를 가열하는 단계;
시드락 증기를 상기 비변형된 기판과 접촉시키는 단계;
상기 비변형된 기판을 냉각시켜 상기 비변형된 기판 상에 그래핀의 코팅을 생성하는 단계;
상기 그래핀 코팅된 비변형된 기판 상에 콜로이드 용액을 코팅한 후 건조시켜 크래클 템플릿을 획득하는 단계; 및
상기 크래클 템플릿 상에 금속을 증착(Depositing)시킨 후, 세척하여 상기 그래핀 기반 TCE를 생성하는 단계를 포함하는 프로세스.According to claim 1,
The process is
heating the unstrained substrate and the at least one feeder;
contacting the seedlock vapor with the unstrained substrate;
cooling the unstrained substrate to produce a coating of graphene on the unstrained substrate;
obtaining a crackle template by coating a colloidal solution on the graphene-coated unmodified substrate and then drying; and
and depositing a metal on the crackle template and then cleaning to generate the graphene-based TCE.
상기 그래핀은 1 nm 내지 100 nm 범위의 두께를 갖고;
상기 TCE는 60 % 내지 85 %의 투과율을 가지며 1 Ω/sq 내지 100 Ω/sq의 시트 저항(Sheet Resistance)을 갖고;
상기 TCE는 91°내지 92° 범위의 접촉각을 갖고;
상기 TCE는 3.331 x 10-13 m/s의 부식율을 갖는 그래핀 기반 TCE.14. The method of claim 13,
the graphene has a thickness ranging from 1 nm to 100 nm;
the TCE has a transmittance of 60% to 85% and a sheet resistance of 1 Ω/sq to 100 Ω/sq;
the TCE has a contact angle in the range of 91° to 92°;
The TCE is a graphene-based TCE having a corrosion rate of 3.331 x 10 -13 m/s.
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